DE112018003808T5

DE112018003808T5 - Laserbearbeitungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112018003808T5
Application number: DE112018003808.4T
Authority: DE
Inventors: Junji Okuma
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-05-20
Also published as: JP7034621B2; US20230256535A1; KR20200034661A; US20200139484A1; WO2019022005A1; TWI795424B; TW201919806A; CN110785256A; JP2019025486A

Abstract

Eine Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Stützeinheit, eine Laserlichtquelle, einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, ein optisches Lichtsammelsystem, ein optisches Abbildungssystem, einen Spiegel, einen ersten Sensor, der so konfiguriert ist, dass er Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche erfasst, und einen zweiten Sensor, der so konfiguriert ist, dass er Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche erfasst. Ein optischer Weg des Laserlichts, der sich von dem Spiegel zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt, wird entlang einer ersten Richtung eingestellt. Ein optischer Weg des Laserlichts, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator über das optische Abbildungssystem zu dem Spiegel erstreckt, wird entlang einer zweiten Richtung eingestellt. Der erste Sensor ist auf einer Seite des optischen Lichtsammelsystems in einer dritten Richtung angeordnet.

Description

Technisches Gebiet
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Laserbearbeitungsvorrichtung.
Stand der Technik
Patentliteratur 1 offenbart eine Laserbearbeitungsvorrichtung mit einem Haltemechanismus, der ein Werkstück hält, und einem Laserbestrahlungsmechanismus, der das durch den Haltemechanismus gehaltene Werkstück mit Laserlicht bestrahlt. In der Laserbearbeitungsvorrichtung sind die Komponenten, die in einem optischen Weg des Laserlichts angeordnet sind, der sich von einem Laseroszillator zu einer Sammellinse erstreckt, in einem einzigen Gehäuse untergebracht. Das Gehäuse ist an einem Wandabschnitt befestigt, der aufrecht auf einer Basis der Laserbearbeitungsvorrichtung steht.
Zitationsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanisches Patent Nr. 5456510
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Eine solche Laserbearbeitungsvorrichtung kann einen Sensor umfassen, der ein zu bearbeitendes Objekt mit einem Messbereichslaserlicht bestrahlt und reflektiertes Licht des Messbereichslaserlichts empfängt, um Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts zu erfassen. In einem solchen Fall ist es wünschenswert, dass die Verschiebungsdaten entsprechend den verschiedenen Anforderungen genau erfasst werden können. Selbst in einem solchen Fall ist es wichtig, eine Vergrößerung der Vorrichtung zu unterdrücken.
Es ist eine Aufgabe eines Aspekts der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche eines zu bearbeitenden Objekts entsprechend den verschiedenen Anforderungen genau zu erfassen, und gleichzeitig eine Vergrößerung der Vorrichtung zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Stützeinheit, die konfiguriert ist, um ein zu bearbeitendes Objekt zu halten; eine Laserlichtquelle, die konfiguriert ist, um Laserlicht zu emittieren; einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, der konfiguriert ist, um das Laserlicht zu modulieren und zu reflektieren; ein optisches Lichtsammelsystem, das konfiguriert ist, um das Laserlicht auf dem Objekt zu konvergieren; ein optisches Abbildungssystem, das ein beidseitig telezentrisches optisches System bildet, in dem eine Reflexionsfläche des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators und eine Eintrittspupillenfläche des optischen Lichtsammelsystems eine Abbildungsbeziehung aufweisen; einen Spiegel, der konfiguriert ist, um das durch das optische Lichtsammelsystem verlaufende Laserlicht zum optischen Lichtsammelsystem hin zu reflektieren; einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem ersten Messbereichslaserlicht zu bestrahlen, das eine sich vom Laserlicht unterscheidende Achse aufweist, ohne das optische Lichtsammelsystem zu durchlaufen, und das reflektierte Licht des ersten Messbereichslaserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts zu erfassen; und einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem zweiten Messbereichslaserlicht, das koaxial zum Laserlicht ist, durch das optische Lichtsammelsystem zu bestrahlen und reflektiertes Licht des zweiten Messbereichslaserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen. In einer solchen Laserbearbeitungsvorrichtung ist ein optischer Weg des Laserlichts, der sich von dem Spiegel zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt, entlang einer ersten Richtung eingestellt, ist ein optischer Weg des Laserlichts, der sich vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator durch das optische Abbildungssystem zum Spiegel erstreckt, entlang einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung eingestellt, und ist der erste Sensor auf einer Seite des optischen Lichtsammelsystems in einer dritten, zur ersten und zweiten Richtung orthogonalen Richtung angeordnet.
Diese Laserbearbeitungsvorrichtung umfasst als Sensoren, die die Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts (im Folgenden einfach als „Laserlichteintrittsfläche“ bezeichnet) erfassen, sowohl den ersten Sensor, der eine Bestrahlung mit einem ersten Messbereichslaserlicht durchführt, das eine sich vom Laserlicht L unterscheidende Achse aufweist, ohne das optische Lichtsammelsystem zu durchlaufen, als auch den zweiten Sensor, der eine Bestrahlung mit dem zweiten Messbereichslaserlicht, das koaxial zu dem Laserlicht ist, über das optische Lichtsammelsystem durchführt. Der erste Sensor und der zweite Sensor weisen unterschiedliche Vorteile auf, wobei es durch die Verwendung des besten Vorteils der beiden je nach Bedarf möglich ist, die Verschiebungsdaten entsprechend den unterschiedlichen Erfordernissen genau zu erfassen. Ferner ist der erste Sensor auf einer Seite einer Ebene angeordnet, auf der sich der optische Weg des Laserlichts von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt. Das heißt, der erste Sensor ist für jede Komponente, die auf dem optischen Weg des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt, effizient angeordnet. Somit ist die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in der Lage, die Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts entsprechend den verschiedenen Erfordernissen genau zu erfassen und gleichzeitig eine Vergrößerung der Vorrichtung zu verhindern.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ferner ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um wenigstens den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, das optische Lichtsammelsystem, das optische Abbildungssystem, den Spiegel und den ersten Sensor zu halten; und einen Übertragungsmechanismus, der konfiguriert ist, um das Gehäuse in die erste Richtung zu bewegen, wobei das optische Lichtsammelsystem und der erste Sensor an einem Ende des Gehäuses in der zweiten Richtung befestigt sind, und der Übertragungsmechanismus an einer Seitenfläche des Gehäuses in der dritten Richtung befestigt ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass sich der reflektierende räumliche Lichtmodulator, das optische Lichtsammelsystem, das optische Abbildungssystem, der Spiegel sowie der erste Sensor zusammen bewegen, während eine Vergrößerung der Vorrichtung unterdrückt wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung sind mehrere der ersten Sensoren vorgesehen, wobei einer der mehreren ersten Sensoren auf der einen Seite des optischen Lichtsammelsystems in der dritten Richtung angeordnet ist, und ein weiterer der mehreren ersten Sensoren ist auf einer anderen Seite des optischen Lichtsammelsystems in der dritten Richtung angeordnet ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass mehrere der ersten Sensoren für jede Komponente, die im dem optischen Weg des Laserlichts L angeordnet ist, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt, effizient angeordnet werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst eine Laserlichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie Laserlicht emittiert; einen räumlichen Lichtmodulator, der so konfiguriert ist, dass er das Laserlicht moduliert; ein optisches Lichtsammelsystem, das konfiguriert ist, um das Laserlicht auf einem zu bearbeitenden Objekt zu konvergieren; einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem ersten Messbereichslaserlicht zu bestrahlen, das eine andere Achse als das Laserlicht aufweist, ohne das optische Lichtsammelsystem zu durchlaufen, und das reflektierte Licht des ersten Laserlichts zu empfangen um Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts zu erfassen; und einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem zweiten Messbereichslaserlicht, das koaxial zum Laserlicht ist, durch das optische Lichtsammelsystem zu bestrahlen und das reflektierte Licht des zweiten Laserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen.
Gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung weisen der erste Sensor und der zweite Sensor unterschiedliche Vorteile auf, und somit ermöglicht die Verwendung des besten Vorteils der beiden je nach Bedarf die genaue Erfassung der Verschiebungsdaten entsprechend den verschiedenen Anforderungen.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ferner einen Antriebsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er das optische Lichtsammelsystem entlang einer optischen Achse bewegt, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Antrieb für den Antriebsmechanismus zu steuern. In einer solchen Laserbearbeitungsvorrichtung kann die Steuerung den Antriebsmechanismus auf der Grundlage von Verschiebungsdaten, die vom ersten Sensor erfasst werden, und/oder Verschiebungsdaten, die vom zweiten Sensor erfasst werden, steuern, um zu bewirken, dass das optische Lichtsammelsystem der Laserlichteintrittsfläche folgt. Diese Konfiguration ermöglicht eine Bewegung des optischen Lichtsammelsystems auf der Grundlage der Verschiebungsdaten, die vom ersten Sensor erfasst werden und/oder der Verschiebungsdaten, die durch den zweiten Sensor erfasst werden, wobei beispielsweise der Abstand zwischen der Laserlichteintrittsfläche und einem Konzentrationspunkt des Laserlichts konstant gehalten wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Laserbearbeitungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, die Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts gemäß den verschiedenen Anforderungen genau zu erfassen und gleichzeitig eine Vergrößerung der Vorrichtung zu verhindern.
Figurenliste

1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Laserbearbeitungsvorrichtung, die zur Bildung eines modifizierten Bereichs verwendet wird.
2 zeigt eine Draufsicht eines zu bearbeitenden Objekts, in dem der modifizierte Bereich gebildet werden soll.
3 zeigt eine Querschnittsansicht entlang einer Linie III-III des Objekts in 2.
4 zeigt eine Draufsicht des Objekts, das einer Laserbearbeitung unterzogen wurde.
5 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V des Objekts in 4.
6 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI-VI des Objekts in 4.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht des Objekts, das sich auf einem Auflagetisch der Laserbearbeitungsvorrichtung in 4 befindet.
9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Laserausgabeeinheit entlang einer ZX-Ebene in 7.
10 zeigt eine perspektivische Teilansicht der Laserausgabeeinheit und einer Lasersammeleinheit der Laserbearbeitungsvorrichtung in 7.
11 zeigt eine Querschnittsansicht der Lasersammeleinheit entlang einer XY-Ebene in 7.
12 zeigt eine Querschnittsansicht der Lasersammeleinheit entlang einer Linie XII-XII in 11.
13 zeigt eine Querschnittsansicht der Lasersammeleinheit entlang einer Linie XIII-XIII in 12.
14 zeigt ein Diagramm, das die Beziehung einer optischen Anordnung zwischen einer λ/2-Wellenlängenplatteneinheit und einer Polarisationsplatteneinheit der in 9 gezeigten Laserausgabeeinheit darstellt.
15(a) zeigt ein Diagramm, das eine Polarisationsrichtung der λ/2-Wellenlängenplatteneinheit der in 9 gezeigten Laserausgabeeinheit darstellt. 15(b) zeigt ein Diagramm, das eine Polarisationsrichtung der Polarisationsplatteneinheit der in 9 gezeigten Laserausgabeeinheit darstellt.
16 zeigt ein Diagramm, das eine Beziehung einer optischen Anordnung zwischen einem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, einer 4f-Linseneinheit und einer Sammellinseneinheit der in 11 gezeigten Lasersammeleinheit darstellt.
17 zeigt ein Diagramm, das eine Verschiebung des konjugierten Punkts als Reaktion auf die Bewegung der in 16 gezeigten 4f-Linseneinheit darstellt.
18 zeigt ein schematisches Diagramm zur Beschreibung eines koaxial messenden Sensors und von eine unterschiedliche Achse messenden Sensoren der Laserbearbeitungsvorrichtung, die in 7 gezeigt ist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Nachfolgenden erfolgt eine ausführliche Beschreibung einer Ausführungsform mit Bezug auf die Zeichnungen. Es sollte beachtet werden, dass in jeder Zeichnung gleiche oder sich entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird.
Eine Laserbearbeitungsvorrichtung (im Nachfolgenden beschrieben) gemäß der Ausführungsform konvergiert Laserlicht auf einem zu bearbeitendes Objekt, um einen modifizierten Bereich entlang einer Trennlinie zu bilden. Zunächst erfolgt eine Beschreibung der Bildung des modifizierten Bereichs mit Bezug auf 1 bis 6.
Wie in 1 gezeigt, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 eine Laserlichtquelle 101, die gepulstes Laserlicht L emittiert, einen dichroitischen Spiegel 103, der eingestellt ist, um eine Richtung einer optischen Achse (optischer Weg) des Laserlichts L um 90° zu ändern, und eine Sammellinse 105, die das Laserlicht L konvergiert. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 100 umfasst ferner einen Auflagetisch 107, der zum Halten eines zu bearbeitenden Objekts 1 verwendet wird, das mit dem durch die Sammellinse 105 konvergierten Laserlicht L bestrahlt wird, eine Stufe 111, die zum Bewegen des Auflagetisches 107 verwendet wird, eine Laserlichtquellensteuerung 102, die die Laserlichtquelle 101 steuert, um eine Ausgabe, eine Impulsbreite, eine Impulswellenform und dergleichen des Laserlichts L einzustellen, und eine Stufensteuerung 115, die die Bewegung der Stufe 111 steuert.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 100 wird das aus der Laserlichtquelle 101 emittierte Laserlicht L durch den dichroitischen Spiegel 103 in Richtung seiner optischen Achse um 90° geändert und durch die Sammellinse 105 in dem auf dem Auflagetisch 107 angeordneten Objekt 1 gebündelt. Zur gleichen Zeit wie die Stufe 111 bewegt, um zu bewirken, dass sich das Objekt 1 relativ zum Laserlicht L entlang der Trennlinie 5 bewegt. Folglich wird der modifizierte Bereich entlang der Trennlinie 5 in dem Objekt 1 gebildet. Es sollte beachtet werden, dass hierin die Stufe 111 bewegt wird, um zu bewirken, dass sich das Laserlicht L relativ bewegt, wobei jedoch auch die Sammellinse 105 bewegt werden kann, oder sowohl die Stufe 111 als auch die Sammellinse 105 bewegt werden können.
Als Objekt 1 wird ein Plattenelement (wie beispielsweise ein Substrat oder ein Wafer), wie beispielsweise ein Halbleitersubstrat aus einem Halbleitermaterial, ein piezoelektrisches Substrat aus einem piezoelektrischen Material usw. verwendet. Wie in 2 gezeigt, wird die Trennlinie 5, entlang der das Objekt 1 geschnitten wird, auf dem Objekt 1 festgelegt. Die Trennlinie 5 ist eine virtuelle Linie, die sich linear erstreckt. Zur Bildung des modifizierten Bereichs innerhalb des Objekts 1, wie in 3 gezeigt, wird das Laserlicht L relativ entlang der Trennlinie 5 (das heißt, in der in 2 gezeigten Pfeilrichtung A) mit einem Konzentrationspunkt (Konzentrationsposition) P, der sich innerhalb des Objekts 1 befindet, bewegt. Folglich wird ein modifizierter Bereich 7, wie in 4, 5 und 6 gezeigt, in dem Objekt 1 entlang der Trennlinie 5 gebildet, und der modifizierte Bereich 7, der entlang der Trennlinie 5 gebildet wird, dient als ein Schneideausgangsbereich 8.
Der Konzentrationspunkt P ist eine Position, an der das Laserlicht L konvergiert. Die Trennlinie 5 ist nicht auf eine gerade Linie beschränkt, sondern kann eine gekrümmte Linie oder eine dreidimensionale Linie, die aus einer Kombination einer geraden Linie und einer gekrümmten Linie gebildet ist, oder eine durch bestimmte Koordinaten dargestellte Linie sein. Die Trennlinie 5 ist nicht auf eine virtuelle Linie beschränkt, sondern kann eine tatsächlich auf einer Vorderfläche 3 des Objekts 1 gezeichnete Linie sein. Der modifizierte Bereich 7 kann kontinuierlich oder intermittierend gebildet werden. Der modifizierte Bereich 7 kann eine Linie oder Punkte sein, das heißt, der modifizierte Bereich 7 muss nur wenigstens innerhalb des Objekts 1 gebildet werden. Ferner kann ein Riss, der sich von dem modifizierten Bereich 7 aus erstreckt, gebildet werden, und der Riss und der modifizierte Bereich 7 können an einer Außenfläche (der Vorderfläche 3, einer Rückfläche, oder einer Außenumfangsfläche) des Objekts 1 freiliegen. Eine Laserlichteintrittsfläche für die Bildung des modifizierten Bereichs 7 ist nicht auf die Vorderfläche 3 des Objekts 1 beschränkt, sondern kann die Rückfläche des Objekts 1 sein.
Es sollte beachtet werden, dass, wenn der modifizierte Bereich 7 innerhalb des Objekts 1 gebildet wird, das Laserlicht L in der Nähe des Konzentrationspunktes P, der innerhalb des Objekts 1 angeordnet ist, stark absorbiert wird, während es das Objekt 1 durchläuft. Folglich bildet sich in dem Objekt 1 der modifizierte Bereich 7 (das heißt, Laserbearbeitung durch innere Absorption). In diesem Fall wird das Laserlicht L von der Vorderfläche 3 des Objekts 1 kaum absorbiert, wodurch verhindert wird, dass die Vorderfläche 3 des Objekts 1 geschmolzen wird. Wird andererseits der modifizierte Bereich 7 auf der Vorderfläche 3 des Objekts 1 gebildet, wird das Laserlicht L in der Nähe des Konzentrationspunktes P, der auf der Vorderfläche 3 angeordnet ist, stark absorbiert, um die Vorderfläche 3 zu schmelzen und zu entfernen, wodurch ein abgetragener Abschnitt, wie ein Loch oder eine Nut gebildet wird (Laserbearbeitung durch Oberflächenabsorption).
Der modifizierte Bereich 7 ist ein Bereich, der sich hinsichtlich der Dichte, des Brechungsindex, der mechanischen Festigkeit und anderer physikalischer Eigenschaften von seiner Umgebung unterscheidet. Beispiele des modifizierten Bereichs 7 umfassen einen Schmelzbehandlungsbereich (der wenigstens einem Bereich entspricht, der einmal geschmolzen wurde und sich dann verfestigt hat, einem geschmolzenen Bereich und einem Bereich im Übergang von einem geschmolzenen Zustand in einen festen Zustand), einen Bereich mit dielektrischem Durchschlag, einem Bereich mit Brechungsindexänderung und dergleichen, und umfassen ferner einen Bereich, in dem diese Bereiche koexistieren. Die Beispiele für den modifizierten Bereich 7 umfassen ferner einen Bereich, in dem der modifizierte Bereich 7 die Dichte eines Materials des Objekts 1 im Vergleich zu einem nicht modifizierten Bereich ändert, und einen Bereich, in dem Gitterdefekte gebildet werden. Wenn das Material des Objekts 1 monokristallines Silizium ist, bedeutet dies, dass der modifizierte Bereich 7 ein Bereich mit hoher Versetzungsdichte ist.
Der Schmelzbehandlungsbereich, der Brechungsindexänderungsbereich, der Bereich, in dem der modifizierte Bereich 7 seine Dichte im Vergleich zu einem nicht modifizierten Bereich ändert, und der Bereich, in dem Gitterdefekte gebildet werden, können jeweils einen Riss (einen Bruch, einen Mikroriss) innerhalb des Bereichs oder an einer Grenzfläche zwischen dem modifizierten Bereich 7 und dem nicht modifizierten Bereich enthalten. Der sich darin befindende Riss kann ganz oder teilweise über dem modifizierten Bereich 7 oder über mehrere Abschnitte gebildet werden. Das Objekt 1 umfasst ein Substrat aus einem kristallinen Material mit einer kristallinen Struktur. Beispielsweise umfasst v 1 ein Substrat, das aus wenigstens einem der Materialien Galliumnitrid (GaN), Silizium (Si), Siliziumkarbid (SiC), LiTaO₃ und/oder Saphir (Al₂O₃) gebildet ist. Mit anderen Worten umfasst das Objekt 1 beispielsweise ein Galliumnitridsubstrat, ein Siliziumsubstrat, ein SiC-Substrat, ein LiTaO₃-Substrat oder ein Saphirsubstrat. Das kristalline Material kann ein anisotroper Kristall oder ein isotroper Kristall sein. Ferner kann das Objekt 1 ein Substrat aus einem nichtkristallinen Material mit einer nichtkristallinen Struktur (amorphe Struktur), wie zum Beispiel ein Glassubstrat, enthalten.
Gemäß der Ausführungsform kann der modifizierte Bereich 7 aus einer Vielzahl von modifizierten Stellen (Bearbeitungsspuren) gebildet sein, die entlang der Trennlinie 5 ausgebildet sind. In diesem Fall wird die Vielzahl von modifizierten Stellen zusammengefasst, um den modifizierten Bereich 7 zu bilden. Jede der modifizierten Stellen ist ein modifizierter Abschnitt, der durch einen Schuss eines Impulses des gepulsten Laserlichts gebildet wird (das heißt, ein Impuls der Laserbestrahlung: Laserschuss). Beispiele der modifizierten Stellen umfassen eine Rissstelle, eine Schmelzbehandlungsstelle, eine Brechungsindexänderungsstelle oder eine, in der wenigstens eine davon in Mischform vorkommt. Hinsichtlich der modifizierten Stelle können eine Größe der modifizierten Stelle und eine Länge eines Risses, der erzeugt wird, unter Berücksichtigung der erforderlichen Schneidegenauigkeit, der erforderlichen Ebenheit einer Schnittfläche, einer Dicke, einer Art, einer kristallinen Ausrichtung und dergleichen des Objekts 1 in geeigneter Weise gesteuert werden. Ferner kann gemäß der Ausführungsform die modifizierte Stelle als der modifizierte Bereich 7 entlang der Trennlinie 5 gebildet werden.
[Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform]
Im Nachfolgenden erfolgt eine Beschreibung der Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß der Ausführungsform. In der nachfolgenden Beschreibung sind Richtungen orthogonal zueinander in einer horizontalen Ebene als eine X-Achsenrichtung und eine Y-Achsenrichtung definiert, und eine vertikale Richtung ist als eine Z-Achsenrichtung definiert.
[Gesamtstruktur der Laserbearbeitungsvorrichtung]
Wie in 7 gezeigt, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 einen Geräterahmen 210, einen ersten Übertragungsmechanismus 220, einen Auflagetisch (Stützeinheit) 230 und einen zweiten Übertragungsmechanismus (Übertragungsmechanismus) 240. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst ferner eine Laserausgabeeinheit 300, eine Lasersammeleinheit 400 und eine Steuerung 500.
Der erste Übertragungsmechanismus 220 ist an dem Geräterahmen 210 befestigt. Der erste Übertragungsmechanismus 220 umfasst eine erste Schieneneinheit 221, eine zweite Schieneneinheit 222 und eine bewegliche Basis 223. Die erste Schieneneinheit 221 ist an dem Geräterahmen 210 befestigt. Die erste Schieneneinheit 221 umfasst ein Paar von Schienen 221a, 221b, die sich in der Y-Achsenrichtung erstrecken. Die zweite Schieneneinheit 222 ist an dem Paar der Schienen 221a, 221b der ersten Schieneneinheit 221 derart befestigt, dass sie sich in der Y-Achsenrichtung bewegt. Die zweite Schieneneinheit 222 umfasst ein Paar von Schienen 222a, 222b, die sich in der X-Achsenrichtung erstrecken. Die bewegliche Basis 223 ist an dem Paar von Schienen 222a, 222b der zweiten Schieneneinheit 222 derart befestigt, dass sie in die X-Achsenrichtung bewegbar ist. Die bewegliche Basis 223 ist um eine Achse parallel zu der Z-Achsenrichtung drehbar.
Der Auflagetisch 230 ist an der beweglichen Basis 223 befestigt. Der Auflagetisch 230 hält das Objekt 1. Das Objekt 1 ist beispielsweise ein Substrat aus einem Halbleitermaterial, wie Silizium, das eine Vielzahl von Funktionsteilen (ein Lichtempfangselement, wie eine Fotodiode, ein Lichtemissionselement, wie eine Laserdiode, und ein Schaltelement, das als eine Schaltung ausgebildet ist) aufweist, die in einer Matrix auf einer Vorderfläche davon ausgebildet sind. Wird das Objekt 1 auf dem Auflagetisch 230 gehalten, wie in 8 gezeigt, wird eine Vorderfläche 1a des Objekts 1 (auf der eine Vielzahl von Funktionsteilen vorhanden sind) auf eine Folie 12 geklebt, die beispielsweise über einen ringförmigen Rahmen 11 gespannt ist. Der Auflagetisch 230 hält das Objekt 1, indem der Rahmen 11 mit einer Halterung gehalten und die Folie 12 mit einem Vakuumeinspanntisch angesaugt wird. Auf dem Auflagetisch 230 werden mehrere zueinander parallele Trennlinien 5a und mehrere zueinander parallele Trennlinien 5b in einem Gitter auf das Objekt 1 so gesetzt, dass sie sich zwischen benachbarten Funktionsteilen erstrecken.
Wie in 7 gezeigt, setzt der erste Übertragungsmechanismus 220 die zweite Schieneneinheit 222 in Betrieb, um den Auflagetisch 230 in die Y-Achsenrichtung zu bewegen. Ferner setzt der erste Übertragungsmechanismus 220 die bewegliche Basis 223 in Betrieb, um den Auflagetisch 230 in die X-Achsenrichtung zu bewegen. Ferner setzt der erste Übertragungsmechanismus 220 die bewegliche Basis 223 in Betrieb, um den Auflagetisch 230 um die Achse parallel zur Z-Achsenrichtung (zu drehen. Wie zuvor beschrieben, ist der Auflagetisch 230 an dem Geräterahmen 210 befestigt, um in die X-Achsenrichtung und die Y-Achsenrichtung bewegbar und um die Achse parallel zur Z-Achsenrichtung drehbar zu sein.
Die Laserausgabeeinheit 300 ist an dem Geräterahmen 210 befestigt. Die Lasersammeleinheit 400 ist an dem Geräterahmen 210 befestigt, wobei der zweite Übertragungsmechanismus 240 zwischen der Lasersammeleinheit 400 und dem Geräterahmen 210 angeordnet ist. Der zweite Übertragungsmechanismus 240 wird derart betrieben, dass er die Lasersammeleinheit 400 in die Z-Achsenrichtung bewegt. Wie zuvor beschrieben, ist die Lasersammeleinheit 400 am Geräterahmen 210 befestigt, um in die Z-Achsenrichtung relativ zur Laserausgabeeinheit 300 bewegbar zu sein.
Die Steuerung 500 umfasst eine zentrale Recheneinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) usw. Die Steuerung 500 steuert jede Komponente der Laserbearbeitungsvorrichtung 200.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird beispielsweise der modifizierte Bereich innerhalb des Objekts 1 entlang jeder der Trennlinien 5a, 5b (siehe 8), wie im Nachfolgenden beschrieben, gebildet.
Zunächst wird das Objekt 1 auf dem Auflagetisch 230 derart platziert, dass eine Rückseite 1b (siehe 8) des Objekts 1 als Laserlichteintrittsfläche dient und jede der Trennlinien 5a auf dem Objekt 1 parallel zur X-Achsenrichtung verläuft. Anschließend bewegt der zweite Übertragungsmechanismus 240 die Lasersammeleinheit 400 derart, dass sie den Konzentrationspunkt des Laserlichts L an einer Position festlegt, die sich innerhalb des Objekts 1 und um einen vorbestimmten Abstand entfernt von der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 befindet. Anschließend wird der Konzentrationspunkt des Laserlichts L unter Konstanthaltung des Abstands zwischen der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 und dem Konzentrationspunkt des Laserlichts L entlang jeder der Trennlinien 5a relativ bewegt. Folglich wird der modifizierte Bereich innerhalb des Objekts 1 entlang jeder der Trennlinien 5a gebildet. Die Laserlichteintrittsfläche ist nicht auf die Rückfläche 1b beschränkt und kann die Vorderfläche 1a sein.
Nach Beendigung der Bildung des modifizierten Bereichs entlang jeder der Trennlinien 5a dreht der erste Übertragungsmechanismus 220 den Auflagetisch 230 derart, dass jede Trennlinie 5b auf dem Objekt 1 parallel zur X-Achsenrichtung verläuft. Anschließend bewegt der zweite Übertragungsmechanismus 240 die Lasersammeleinheit 400 so, dass der Konzentrationspunkt des Laserlichts L an einer Position festgelegt wird, die sich innerhalb des Objekts 1 und um einen vorbestimmten Abstand entfernt von der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 befindet. Anschließend wird der Konzentrationspunkt des Laserlichts L unter Konstanthaltung des Abstands zwischen dem Konzentrationspunkt des Laserlichts L und der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 entlang jeder der Trennlinien 5b relativ bewegt. Folglich wird der modifizierte Bereich innerhalb des Objekts 1 entlang jeder Trennlinie 5b gebildet.
Wie zuvor beschrieben, dient in der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 die Richtung parallel zu der X-Achsenrichtung als eine Bearbeitungsrichtung (Abtastrichtung des Laserlichts L). Es sollte beachtet werden, dass der erste Übertragungsmechanismus 220 den Auflagetisch 230 in die X-Achsenrichtung bewegt, um die relative Bewegung des Konzentrationspunkts des Laserlichts L entlang jeder der Trennlinien 5a und die relative Bewegung des Konzentrationspunkts des Laserlichts L entlang jeder der Trennlinien 5b durchzuführen. Ferner bewegt der erste Übertragungsmechanismus 220 den Auflagetisch 230 in der Y-Achsenrichtung, um eine relative Bewegung des Konzentrationspunkts des Laserlichts L zwischen den Trennlinien 5a und die relative Bewegung des Konzentrationspunkts des Laserlichts L zwischen den Trennlinien 5b durchzuführen.
Wie in 9 gezeigt, umfasst die Laserausgabeeinheit 300 eine Befestigungsbasis 301, eine Abdeckung 302 und eine Vielzahl von Spiegeln 303, 304. Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst ferner einen Laseroszillator (Laserlichtquelle) 310, eine Blende 320, eine λ/2-Wellenlängenplatteneinheit (Ausgabeeinstelleinheit, Polarisationsrichtungseinstelleinheit) 330 und eine Polarisationsplatteneinheit (Ausgabeeinstelleinheit, Polarisationsrichtungseinstellungseinheit) 340, einen Strahlaufweiter (Laserlichtsammeleinheit) 350 und eine Spiegeleinheit 360.
Die Befestigungsbasis 301 hält die Vielzahl von Spiegeln 303, 304, den Laseroszillator 310, die Blende 320, die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330, die Polarisationsplatteneinheit 340, den Strahlaufweiter 350 und die Spiegeleinheit 360. Die Vielzahl von Spiegeln 303, 304, der Laseroszillator 310, die Blende 320, die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330, die Polarisationsplatteneinheit 340, der Strahlaufweiter 350 und die Spiegeleinheit 360 sind an einer Hauptfläche 301a der Befestigungsbasis 301 befestigt. Die Befestigungsbasis 301 ist ein Plattenelement, das an dem Geräterahmen 210 (siehe 7) befestigbar und von diesem abnehmbar ist. Die Laserausgabeeinheit 300 ist an dem Geräterahmen 210 befestigt, wobei die Befestigungsbasis 301 zwischen der Laserausgabeeinheit 300 und dem Geräterahmen 210 angeordnet ist. Das heißt, die Laserausgabeeinheit 300 ist an dem Geräterahmen 210 befestigbar und von diesem abnehmbar.
Die Abdeckung 302 bedeckt die Vielzahl von Spiegeln 303, 304, den Laseroszillator 310, die Blende 320, die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330, die Polarisationsplatteneinheit 340, den Strahlaufweiter 350 und die Spiegeleinheit 360 auf der Hauptfläche 301a der Befestigungsbasis 301. Die Abdeckung 302 ist an die Befestigungsbasis 301 befestigbar und von dieser abnehmbar.
Der Laseroszillator 310 emittiert ein linear polarisiertes gepulstes Laserlicht L in der X-Achsenrichtung. Eine Wellenlänge des Laserlichts L, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, liegt innerhalb eines Wellenlängenbandes von 500 bis 550 nm, oder 1000 bis 1150 nm, oder 1300 bis 1400 nm. Das Laserlicht L im Wellenlängenband von 500 bis 550 nm ist für eine Laserbearbeitung mit interner Absorption auf einem Substrat aus beispielsweise Saphir geeignet. Das Laserlicht L im Wellenlängenband von 1000 bis 1150 nm und das Laserlicht L im Wellenlängenband von 1300 bis 1400 nm ist für eine Laserbearbeitung mit interner Absorption auf einem Substrat aus beispielsweise Silizium geeignet. Eine Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, ist beispielsweise eine Richtung parallel zu der Y-Achsenrichtung. Das Laserlicht L, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, wird vom Spiegel 303 reflektiert und tritt in die Blende 320 in der Y-Achsenrichtung ein.
In dem Laseroszillator 310 wird die Ausgabe des Laserlichts L, wie im Nachfolgenden beschrieben, zwischen EIN und AUS geschaltet. In einer Konfiguration, in der der Laseroszillator 310 aus einem Festkörperlaser gebildet ist, bewirkt das Umschalten eines Güteschalters (Q-Switch) (ein akustooptischer Modulator (AOM), ein elektrooptischer Modulator (EOM) usw.), der in einem Resonator vorgesehen ist, zwischen EIN und AUS, dass die Ausgabe des Laserlichts L mit hoher Geschwindigkeit zwischen EIN und AUS geschaltet wird. In einer Konfiguration, in der der Laseroszillator 310 aus einem Faserlaser gebildet ist, bewirkt das Umschalten der Ausgabe eines Halbleiterlasers, der einen Seed-Laser und einen Verstärker- (Pump-) Laser bildet, zwischen EIN und AUS, dass die Ausgabe des Laserlichts L mit hoher Geschwindigkeit zwischen EIN und AUS geschaltet wird. In einer Konfiguration, in der der Laseroszillator 310 aus einem externen Modulationselement (einem AOM, einem EOM usw.) gebildet ist, das außerhalb des Resonators vorgesehen ist, bewirkt das Umschalten des externen Modulationselements zwischen EIN und AUS, dass die Ausgabe des Laserlichts L mit hoher Geschwindigkeit zwischen EIN und AUS geschaltet wird.
Die Blende 320 öffnet und schließt den optischen Weg des Laserlichts L mit einem mechanischen Mechanismus. Wie zuvor beschrieben, wird das Umschalten der Ausgabe des Laserlichts L aus der Laserausgabeeinheit 300 zwischen EIN und AUS derart durchgeführt, dass die Ausgabe des Laserlichts L aus dem Laseroszillator 310 zwischen EIN und AUS geschaltet wird, wobei die Blende 320 vorgesehen ist, um zu verhindern, dass das Laserlicht L beispielsweise unabsichtlich aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird. Das Laserlicht L, das die Blende 320 durchlaufen hat, wird vom Spiegel 304 reflektiert und tritt der Reihe nach in die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 in der X-Achsenrichtung ein.
Die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 dienen als eine Ausgabeeinstelleinheit, die die Ausgabe (Lichtintensität) des Laserlichts L einstellt. Ferner dienen die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 als eine Polarisationsrichtungseinstelleinheit, die die Polarisationsrichtung des Laserlichts L einstellt. Einzelheiten dieser Funktionen werden im Nachfolgenden beschrieben. Das Laserlicht L, das der Reihe nach die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 durchlaufen hat, tritt in den Strahlaufweiter 350 in der X-Achsenrichtung ein.
Der Strahlaufweiter 350 kollimiert das Laserlicht L, während er einen Durchmesser des Laserlichts L einstellt. Das Laserlicht L, das den Strahlaufweiter 350 durchlaufen hat, tritt in der X-Achsenrichtung in die Spiegeleinheit 360 ein.
Die Spiegeleinheit 360 umfasst eine Stützbasis 361 und eine Vielzahl von Spiegeln 362, 363. Die Stützbasis 361 hält die Vielzahl von Spiegeln 362, 363. Die Stützbasis 361 ist an der Befestigungsbasis 301 derart befestigt, dass ihre Position in der X-Achsenrichtung und der Y-Achsenrichtung einstellbar ist. Der Spiegel (erster Spiegel) 362 reflektiert in der Y-Achsenrichtung das Laserlicht L, das den Strahlaufweiter 350 durchlaufen hat. Der Spiegel 362 ist an der Stützbasis 361 befestigt, so dass der Winkel seiner reflektierenden Oberfläche beispielsweise um die Achse parallel zur Z-Achse einstellbar ist. Der Spiegel (zweiter Spiegel) 363 reflektiert in der Z-Achsenrichtung das Laserlicht L, das vom Spiegel 362 reflektiert wird. Der Spiegel 363 ist an der Stützbasis 361 derart befestigt, dass der Winkel seiner reflektierenden Oberfläche um die Achse parallel zu der X-Achse einstellbar ist und der Winkel in der Y-Achse einstellbar ist. Das vom Spiegel 363 reflektierte Laserlicht L durchläuft eine Öffnung 361a, die derart ausgebildet ist, dass sie sich durch die Stützbasis 361 erstreckt, und tritt in die Lasersammeleinheit 400 (siehe 7) in der Z-Achsenrichtung ein. Das heißt, eine Austrittsrichtung des Laserlichts L aus der Laserausgabeeinheit 300 fällt mit der Bewegungsrichtung der Lasersammeleinheit 400 zusammen. Wie zuvor beschrieben, weist jeder der Spiegel 362, 363 einen Mechanismus zum Einstellen des Winkels der reflektierenden Oberfläche auf. In der Spiegeleinheit 360 werden die Position der Stützbasis 361 relativ zu der Befestigungsbasis 301, die Position des Spiegels 363 relativ zu der Stützbasis 361 und der Winkel der reflektierenden Oberfläche eines jeden Spiegels 362, 363 eingestellt, um die Position und den Winkel der optischen Achse des Laserlichts L, das aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, mit der Lasersammeleinheit 400 auszurichten. Das heißt, die Vielzahl von Spiegeln 362, 363 sind ausgebildet, um die optische Achse des Laserlichts L, das aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, einzustellen.
Wie in 10 gezeigt, umfasst die Lasersammeleinheit 400 ein Gehäuse 401. Das Gehäuse 401 weist eine rechteckige Parallelepipedform auf, deren Längsrichtung die Y-Achsenrichtung ist. Der zweite Übertragungsmechanismus 240 ist an einer Seitenfläche 401e des Gehäuses 401 befestigt (siehe 11 und 13). Das Gehäuse 401 ist mit einer Lichteintrittsöffnung 401a versehen, die eine Zylinderform aufweist, so dass die Lichteintrittsöffnung 401a der Öffnung 361a der Spiegeleinheit 360 in der Z-Achsenrichtung zugewandt ist. Die Lichteintrittsöffnung 401a ermöglicht es, dass das Laserlicht L, das aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, in das Gehäuse 401 eindringen kann. Die Spiegeleinheit 360 und die Lichteintrittsöffnung 401a sind durch einen Abstand voneinander getrennt, der verhindert, dass die Spiegeleinheit 360 und die Lichteintrittsöffnung 401a miteinander in Kontakt gebracht werden, wenn der zweite Übertragungsmechanismus 240 die Lasersammeleinheit 400 in die Z-Achsenrichtung bewegt.
Wie in 11 und 12 gezeigt, umfasst die Lasersammeleinheit 400 einen Spiegel 402 und einen dichroitischen Spiegel 403. Die Lasersammeleinheit 400 umfasst ferner einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator (räumlicher Lichtmodulator) 410, eine 4f-Linseneinheit 420, eine Sammellinseneinheit (optisches Lichtsammelsystem) 430, einen Antriebsmechanismus 440 und ein Paar von Sensoren für eine andere Achse messende Messbereiche (erste Sensoren) 450.
Der Spiegel 402 ist an einer Bodenfläche 401b des Gehäuses 401 derart befestigt, dass er der Lichteintrittsöffnung 401a in der Z-Achsenrichtung zugewandt ist. Der Spiegel 402 reflektiert in einer Richtung parallel zu der XY-Ebene das Laserlicht L, das in das Gehäuse 401 eintritt, durch die Lichteintrittsöffnung 401a. Das Laserlicht L, das von dem Strahlaufweiter 350 der Laserausgabeeinheit 300 kollimiert wird, tritt in der Z-Achsenrichtung in den Spiegel 402 ein. Das heißt, das Laserlicht L tritt in der Z-Achsenrichtung als kollimiertes Licht in den Spiegel 402 ein. Selbst wenn die Lasersammeleinheit 400 somit durch den zweiten Übertragungsmechanismus 240 in die Z-Achsenrichtung bewegt wird, bleibt der Zustand des Laserlichts L, das in der Z-Achsenrichtung in den Spiegel 402 eintritt, unverändert. Das Laserlicht L, das vom Spiegel 402 reflektiert wird, tritt in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 ein.
Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 ist an einem Ende 401c des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung befestigt, wobei eine Reflexionsfläche 410a dem Inneren des Gehäuses 401 zugewandt ist. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 ist beispielsweise ein Flüssigkristall-auf-Silizium (LCOS) räumlicher Lichtmodulator (SLM), der das Laserlicht L moduliert und das Laserlicht L in Y-Achsenrichtung reflektiert. Das Laserlicht L, das durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 moduliert und reflektiert wird, tritt in die 4f-Linseneinheit 420 in Y-Achsenrichtung ein. Hierin ist in der Ebene parallel zu der XY-Ebene ein Winkel a, der zwischen der optischen Achse des Laserlichts L, das in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eindringt, und der optischen Achse des Laserlichts L, das aus dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 austritt, ein spitzer Winkel (beispielsweise 10 bis 60°). Das heißt, das Laserlicht L wird in einem spitzen Winkel entlang der XY-Ebene durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 reflektiert. Dies liegt daran, dass ein Eintritts- und Reflexionswinkel des Laserlichts L klein gemacht werden, um eine Abnahme der Beugungseffizienz zu unterdrücken und somit die Leistung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 voll auszunutzen. Das heißt, im reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 weist eine Lichtmodulationsschicht unter Verwendung eines Flüssigkristalls eine Dicke von etwa einigen µm bis einige zig µm auf, die extrem dünn ist, so dass die Reflexionsfläche 410a als im Wesentlichen gleichbedeutend mit einer Lichteintritts- und -austrittsfläche der Lichtmodulationsschicht angesehen werden kann.
Die 4f-Linseneinheit 420 umfasst einen Halter 421, eine Linse (optisches Abbildungssystem) 422 benachbart zu dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, eine Linse (optisches Abbildungssystem) 423 benachbart zu der Sammellinseneinheit 430 und ein Schlitzelement 424. Der Halter 421 hält das Paar von Linsen 422, 423 und das Schlitzelement 424. Der Halter 421 behält eine Positionsbeziehung zwischen dem Paar von Linsen 422, 423 und dem Schlitzelement 424 in einer Richtung entlang der optischen Achse des Laserlichts L unverändert bei. Das Paar von Linsen 422, 423 bildet ein beidseitig telezentrisches optisches System, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und eine Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen. Dadurch ist es möglich, ein Bild des Laserlichts L (das durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 modulierte Bild des Laserlichts L) auf der reflektierenden Oberfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 zu übertragen (zu bilden). Das Schlitzelement 424 weist einen Schlitz 424a auf, der dieses durchdringt. Der Schlitz 424a ist zwischen der Linse 422 und der Linse 423 in der Nähe einer Brennebene der Linse 422 angeordnet. Nicht benötigte Komponenten des Laserlichts L, das durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 moduliert und reflektiert wird, werden durch das Schlitzelement 424 blockiert. Das Laserlicht L, das die 4f-Linseneinheit 420 durchlaufen hat, tritt in der Y-Achsenrichtung in den dichroitischen Spiegel 403 ein.
Der dichroitische Spiegel 403 reflektiert den größten Anteil (zum Beispiel 95 bis 99,5%) des Laserlichts L in der Z-Achsenrichtung und überträgt einen gewissen Anteil (zum Beispiel 0,5 bis 5%) des Laserlichts L in der Y-Achsenrichtung. Der meiste Anteil des Laserlicht L wird vom dichroitischen Spiegel 403 in einem rechten Winkel entlang der ZX-Ebene reflektiert. Das Laserlicht L, das vom dichroitischen Spiegel 403 reflektiert wird, dringt in Z-Achsenrichtung in die Sammellinseneinheit 430 ein.
Die Sammellinseneinheit 430 ist an einem Ende 401d des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung (ein Ende auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 401 mit Bezug auf das Ende 401c) befestigt, wobei der Antriebsmechanismus 440 zwischen der Sammellinseneinheit 430 und dem Ende 401d angeordnet ist. Die Sammellinseneinheit 430 umfasst einen Halter 431 und eine Vielzahl von Linsen 432. Der Halter 431 hält die Vielzahl von Linsen 432. Die Vielzahl von Linsen 432 konvergieren das Laserlicht L auf dem Objekt 1 (siehe 7), das auf dem Auflagetisch 230 gehalten wird. Der Antriebsmechanismus 440 bewegt die Sammellinseneinheit 430 mit einer durch ein piezoelektrisches Element erzeugten Antriebskraft in die Z-Achsenrichtung.
Das eine andere Achse messende Sensorpaar 450 ist an dem Ende 401d des Gehäuses 401 derart befestigt, dass es benachbart zu beiden Seiten der Sammellinseneinheit 430 in der X-Achsenrichtung angeordnet ist. Jeder der eine andere Achse messenden Sensoren 450 emittiert ein erstes Messbereichslaserlicht auf die Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 (siehe 7), das auf dem Auflagetisch 230 gehalten wird, und erfasst Messbereichslicht, das von der Laserlichteintrittsfläche reflektiert wird, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 zu erfassen. Es sollte beachtet werden, dass als der eine andere Achse messende Sensor 450 ein Triangulationssensor, ein konfokaler Lasersensor, ein konfokaler Weißsensor, ein spektraler Interferenzsensor, ein Astigmatismussensor oder dergleichen verwendet werden kann.
Die Lasersammeleinheit 400 umfasst einen Strahlteiler 461, ein Linsenpaar 462, 463 und eine Kamera 464, die zur Überwachung der Intensitätsverteilung des Laserlichts L verwendet wird. Der Strahlteiler 461 teilt das Laserlicht L, das den dichroitischen Spiegel 403 durchlaufen hat, in eine Reflexionskomponente und eine Übertragungskomponente. Das Laserlicht L, das vom Strahlteiler 461 reflektiert wird, tritt der Reihe nach in das Linsenpaar 462, 463 und die Kamera 464 in der Z-Achsenrichtung ein. Das Linsenpaar 462, 463 bildet ein beidseitig telezentrisches optisches System, in dem die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 und eine Abbildungsfläche der Kamera 464 eine Abbildungsbeziehung aufweisen. Dies ermöglicht es, dass ein Bild des Laserlichts L auf der Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 auf die Abbildungsfläche der Kamera 464 übertragen (gebildet) wird. Wie zuvor beschrieben, ist das Bild des Laserlichts L auf der Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 das Bild des durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 modulierten Laserlichts L. Somit kann die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 einen Betriebszustand des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 erfassen, indem sie das Abbildungsergebnis aus der Kamera 464 überwacht.
Die Lasersammeleinheit 400 umfasst ferner einen Strahlteiler 471, eine Linse 472 und eine Kamera 473, die zur Überwachung einer optischen Achsenposition des Laserlichts L verwendet wird. Der Strahlteiler 471 teilt das Laserlicht L, das den Strahlteiler 461 durchlaufen hat, in eine Reflexionskomponente und eine Übertragungskomponente. Das Laserlicht L, das vom Strahlteiler 471 reflektiert wird, tritt der Reihe nach in die Linse 472 und die Kamera 473 in der Z-Achsenrichtung ein. Die Linse 472 konvergiert das Eintrittslaserlicht L auf eine Abbildungsfläche der Kamera 473. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist in der Lage, während der Überwachung des Abbildungsergebnisses aus der Kamera 464 sowie der Kamera 473 die Position der Stützbasis 361 relativ zu der Befestigungsbasis 301, die Position des Spiegels 363 relativ zu der Stützbasis 361 und den Winkel der reflektierenden Oberfläche eines jeden Spiegels 362, 363 in der Spiegeleinheit 360 (siehe 9 und 10) einzustellen, um eine Fehlausrichtung der optischen Achse des Laserlichts L, das in die Sammellinseneinheit 430 eintritt, zu korrigieren (eine Positionsfehlausrichtung der Intensitätsverteilung des Laserlichts relativ zu der Sammellinseneinheit 430 und eine Winkelfehlausrichtung der optischen Achse des Laserlichts L relativ zu der Sammellinseneinheit 430).
Die Vielzahl von Strahlteilern 461, 471 ist in einem Rohrkörper 404 angeordnet, der sich vom Ende 401d des Gehäuses 401 in Y-Achsenrichtung erstreckt. Das Linsenpaar 462, 463 ist in einem Rohrkörper 405 angeordnet, der in Z-Achsenrichtung aufrecht auf dem Rohrkörper 404 steht, und die Kamera 464 ist an einem Ende des Rohrkörpers 405 angeordnet. Die Linse 472 ist in einem Rohrkörper angeordnet, der in Z-Achsenrichtung auf dem Rohrkörper 404 steht, und die Kamera 473 ist an einem Ende des Rohrkörpers 406 angeordnet. Der Rohrkörper 405 und der Rohrkörper 406 sind in der Y-Achsenrichtung nebeneinander angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass das Laserlicht L, das den Strahlteiler 471 durchlaufen hat, durch einen Dämpfer oder dergleichen, der an einem Ende des Rohrkörpers 404 vorgesehen ist, absorbiert werden kann, oder bei Bedarf für andere Anwendungen verwendet werden kann.
Wie in 12 und 13 gezeigt, umfasst die Lasersammeleinheit 400 eine sichtbaren Lichtquelle 481, eine Vielzahl von Linsen 482, ein Retikel 483, einen Spiegel 484, einen Halbspiegel 485, einen Strahlteiler 486 und eine Linse 487, eine Beobachtungskamera 488 und einen koaxial messenden Sensor (zweiter Sensor) 460. Die sichtbaren Lichtquelle 481 emittiert sichtbares Licht V in der Z-Achsenrichtung. Die Vielzahl von Linsen 482 kollimieren das sichtbare Licht V, das aus der sichtbaren Lichtquelle 481 emittiert wird. Das Retikel 483 bildet eine Maßstabslinie für das sichtbare Licht V. Der Spiegel 484 reflektiert in der X-Achsenrichtung das sichtbare Licht V, das durch die Vielzahl von Linsen 482 kollimiert wird. Der Halbspiegel 485 teilt das sichtbare Licht V, das vom Spiegel 484 reflektiert wird, in eine Reflexionskomponente und eine Übertragungskomponente. Das sichtbare Licht V, das vom Halbspiegel 485 reflektiert wird, bewegt sich der Reihe nach in der Z-Achsenrichtung durch den Strahlteiler 486 und den dichroitischen Spiegel 403 und wird durch die Sammellinseneinheit 430 auf das Objekt 1, das auf dem Auflagetisch 230 gehalten wird, projiziert (siehe 7).
Das auf das Objekt 1 projizierte sichtbare Licht V wird von der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 reflektiert, dringt in den dichroitischen Spiegel 403 über die Sammellinseneinheit 430 ein und durchläuft in der Z-Achsenrichtung den dichroitischen Spiegel 403. Der Strahlteiler 486 teilt das sichtbare Licht V, das den dichroitischen Spiegel 403 durchlaufen hat, in eine Reflexionskomponente und eine Übertragungskomponente. Ferner reflektiert der Strahlteiler 486 ein zweites Messbereichslaserlicht L2 und ein reflektiertes Licht L2R des zweiten Messbereichslaserlichts L2 (im Folgenden beschrieben). Das sichtbare Licht V, das den Strahlteiler 486 durchlaufen hat, bewegt sich durch den Halbspiegel 485 und tritt der Reihe nach in der Z-Achsenrichtung in die Linse 487 und die Beobachtungskamera 488 ein. Die Linse 487 konvergiert das eingetretene sichtbare Licht V auf der Abbildungsfläche der Beobachtungskamera 488. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 kann einen Zustand des Objekts 1 durch Beobachten des Abbildungsergebnisses aus der Beobachtungskamera 488 erfassen.
Der Spiegel 484, der Halbspiegel 485 und der Strahlteiler 486 sind in einem Halter 407 angeordnet, der an dem Ende 401d des Gehäuses 401 befestigt ist. Die Vielzahl von Linsen 482 und das Retikel 483 sind in einem Rohrkörper 408 angeordnet, der in Z-Achsenrichtung auf dem Halter 407 steht, und die sichtbare Lichtquelle 481 ist an einem Ende des Rohrkörpers 408 angeordnet. Die Linse 487 ist in einem Rohrkörper 409 angeordnet, der in der Z-Achsenrichtung aufrecht auf dem Halter 407 steht und die Beobachtungskamera 488 ist an einem Ende des Rohrkörpers 409 angeordnet. Der Rohrkörper 408 und der Rohrkörper 409 sind nebeneinander in der X-Achsenrichtung angeordnet. Es sollte beachtet werden, dass das sichtbare Licht V, das den Halbspiegel 485 in der X-Achsenrichtung durchlaufen hat, und das sichtbare Licht V, das vom Strahlteiler 486 in der X-Achsenrichtung reflektiert wird, jeweils von einem Dämpfer oder dergleichen, der an einem Wandabschnitt des Halters 407 angebracht ist, absorbiert oder bei Bedarf für andere Anwendungen verwendet werden können.
Der koaxial messende Sensor 460 ist an einer Seitenfläche des Halters 407 befestigt. Der koaxial messende Sensor 460 emittiert das zweite Messbereichslaserlicht L2 auf die Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 (siehe 7), das auf dem Auflagetisch 230 gehalten wird, und erfasst das reflektierte Licht L2R des zweiten Messbereichslaserlichts L2, das von der Laserlichteintrittsfläche reflektiert wird, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche von v 1 zu erfassen. Das zweite Messbereichslaserlicht L2, das von dem koaxial messenden Sensor 460 emittiert wird, wird von dem Strahlteiler 486 reflektiert, nach dem Durchlaufen des dichroitischen Spiegels 403 zu der Sammellinseneinheit 430 geleitet und anschließend von der Laserlichteintrittsfläche in der Nähe eines Fokus der Sammellinseneinheit 430 reflektiert. Das reflektierte Licht L2R kehrt auf einem Weg, der dem Weg des zweiten Laserlichts L2 entgegengesetzt ist, zum koaxial messenden Sensor 460 zurück. Der koaxial messende Sensor 460 erfasst die Verschiebungsdaten auf dem Objekt 1, indem er das Phänomen ausnutzt, dass sich der Zustand des reflektierten Lichts L2R in Abhängigkeit von einer Position auf der Laserlichteintrittsfläche bezogen auf die Sammellinseneinheit 430 ändert. Als koaxial messender Sensor 460 kann beispielsweise ein Astigmatismussensor verwendet werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist so konzipiert, dass die Laserausgabeeinheit 300 ausgetauscht werden kann. Dies liegt daran, dass die Wellenlänge des Laserlichts L, das für die Bearbeitung geeignet ist, in Abhängigkeit von beispielsweise den Spezifikationen und den Bearbeitungsbedingungen des Objekts 1 variiert. Somit werden eine Vielzahl von Laserausgabeeinheiten 300, die das Laserlicht L mit unterschiedlichen Wellenlängen emittieren, vorbereitet. Hierin sind eine Laserausgabeeinheit 300, die das Laserlicht L emittiert, dessen Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbandes von 500 bis 550 nm liegt, eine Laserausgabeeinheit 300, die das Laserlicht L emittiert, dessen Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbandes von 1000 bis 1150 nm liegt, und eine Laserausgabeeinheit 300, die das Laserlicht L emittiert, dessen Wellenlänge innerhalb des Wellenlängenbandes von 1300 bis 1400 nm liegt, bereitgestellt.
Andererseits ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 nicht dafür ausgebildet, dass die Lasersammeleinheit 400 ausgetauscht wird. Dies liegt daran, dass die Lasersammeleinheit 400 mit verschiedenen Wellenlängen kompatibel ist (anpassbar auf eine Vielzahl von Wellenlängenbändern, die voneinander getrennt sind). Insbesondere unterstützen der Spiegel 402, der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410, das Linsenpaar 422, 423 der 4f-Linseneinheit 420, der dichroitische Spiegel 403, die Linse 432 der Sammellinseneinheit 430 mehrere Wellenlängen. Hierin ist die Lasersammeleinheit 400 mit den Wellenlängenbändern von 500 bis 550 nm, 1000 bis 1150 nm und 1300 bis 1400 nm kompatibel. Dies wird realisiert, indem jede Komponente der Lasersammeleinheit 400 so konstruiert wird, dass die gewünschte optische Leistung erfüllt wird, zum Beispiel durch Beschichtung jeder Komponente der Lasersammeleinheit 400 mit einem vorgegebenen dielektrischen Mehrschichtfilm. Es sollte beachtet werden, dass in der Laserausgabeeinheit 300 die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 eine λ/2-Wellenlängenplatte umfasst und die Polarisationsplatteneinheit 340 eine Polarisationsplatte enthält. Die λ/2-Wellenlängenplatte und die Polarisationsplatte sind optische Elemente, die sehr stark von der Wellenlänge abhängen. Somit sind die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340, die eine für jedes Wellenlängenband unterschiedliche Konfiguration aufweisen, in der Laserausgabeeinheit 300 enthalten.
[Optischer Weg und Polarisationsrichtung des Laserlichts in der Laserbearbeitungsvorrichtung]
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das auf dem Objekt 1 konvergiert, das auf dem Auflagetisch 230 gehalten wird, die Richtung parallel zu der X-Achsenrichtung, und fällt mit der Bearbeitungsrichtung (Abtastrichtung des Laserlichts L), wie in 11 gezeigt, zusammen. Dabei wird in dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 das Laserlicht L als P-polarisiertes Licht reflektiert. Dies liegt daran, dass bei einer Konfiguration, bei der ein Flüssigkristall in der Lichtmodulationsschicht des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 verwendet wird, wenn der Flüssigkristall so ausgerichtet wird, dass die Flüssigkristallmoleküle in einer Ebene parallel zu einer Ebene, die die optische Achse des in dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eintretenden und aus diesem austretenden Laserlichts L enthält, gekippt werden, das Laserlicht L mit einer Polarisationsebene, die daran gehindert wird, sich zu drehen, phasenmoduliert wird (siehe beispielsweise japanisches Patent Nr. 3878758 ). Andererseits reflektiert der dichroitische Spiegel 403 das Laserlicht L als S-polarisiertes Licht. Dies liegt daran, dass eine Konfiguration, bei der das Laserlicht L als S-polarisiertes Licht und nicht als P-polarisiertes Licht reflektiert wird, beispielsweise die Anzahl der Schichten des dielektrischen Multischichtfilms zur Herstellung des dichroitischen Spiegels 403 verringert, der mit mehreren Wellenlängen kompatibel ist, wodurch sich wiederum der Aufbau des dichroitischen Spiegels 403 vereinfacht.
Somit wird in der Lasersammeleinheit 400 der optische Weg, der sich vom Spiegel 402 zum dichroitischen Spiegel 403 über den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 und die 4f-Linseneinheit 420 erstreckt, entlang der XY-Ebene eingestellt, und der optische Weg, der sich von dem dichroitischen Spiegel 403 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, entlang der Z-Achsenrichtung festgelegt.
Wie in 9 gezeigt, wird in der Laserausgabeeinheit 300 der optische Weg des Laserlichts L entlang der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung festgelegt (entlang einer Ebene parallel zu der Hauptfläche 301a). Insbesondere werden der optische Weg, der sich von dem Laseroszillator 310 zu dem Spiegel 303 erstreckt, und der optische Weg, der sich von dem Spiegel 304 zu der Spiegeleinheit 360 erstreckt, über die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330, die Polarisationsplatteneinheit 340 und den Strahlteiler 350, entlang der X-Achsenrichtung eingestellt, und der optische Weg, der sich von dem Spiegel 303 zu dem Spiegel 304 über die Blende 320 erstreckt, und der optische Weg, der sich von dem Spiegel 362 zu dem Spiegel 363 in der Spiegeleinheit 360 erstreckt, werden entlang der Y-Achsenrichtung festgelegt.
Hierin wird das Laserlicht L, das sich in der Z-Achsenrichtung von der Laserausgabeeinheit 300 zu der Lasersammeleinheit 400 fortbewegt, vom Spiegel 402 in der Richtung parallel zu der XY-Ebene reflektiert und tritt anschließend in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 ein, wie in 11 gezeigt. Zu diesem Zeitpunkt bilden in der Ebene parallel zu der XY-Ebene die optische Achse des Laserlichts L, das in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eindringt, und die optische Achse des Laserlichts L, das aus dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 austritt, den Winkel α, der ein spitzer Winkel ist. Andererseits wird in der Laserausgabeeinheit 300, wie zuvor beschrieben, der optische Weg des Laserlichts L entlang der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung eingestellt.
Somit müssen in der Laserausgabeeinheit 300 die A/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 nicht nur als eine Ausgabeeinstelleinheit dienen, die die Ausgabe des Laserlichts L einstellt, sondern auch als eine Polarisationsrichtungseinstelleinheit, die die Polarisationsrichtung des Laserlichts L einstellt.
[λ/2-Wellenlängenplatteneinheit und Polarisationsplatteneinheit]
Wie in 14 gezeigt, umfasst die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 einen Halter (erster Halter) 331 und eine λ/2-Wellenlängenplatte 332. Der Halter 331 hält die λ/2-Wellenlängenplatte 332, so dass die λ/2-Wellenlängenplatte 332 um eine Achse (erste Achse) XL parallel zu der X-Achsenrichtung drehbar ist. Wenn λ/2-Wellenlängenplatte 332 das Laserlicht L mit der Polarisationsrichtung, die um einen Winkel θ relativ zu seiner optischen Achse (zum Beispiel erste Achse) geneigt ist, empfängt, dreht diese die Polarisationsrichtung des Laserlichts L um einen Winkel 2θ um die Achse XL und veranlasst, dass das Laserlicht L austritt (siehe 15(a)).
Die Polarisationsplatteneinheit 340 umfasst einen Halter (zweiter Halter) 341, eine Polarisationsplatte (Polarisationselement) 342 und eine Korrekturplatte für den optischen Weg (Korrekturelement für den optischen Weg) 343. Der Halter 341 hält die Polarisationsplatte 342 und die Korrekturplatte 343 für den optischen Weg, so dass die Polarisationsplatte 342 und die Korrekturplatte 343 für den optischen Weg zusammen um die Achse (zweite Achse) XL drehbar sind. Eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche der Polarisationsplatte 342 sind um einen vorbestimmten Winkel (zum Beispiel Brewster-Winkel) geneigt. Wenn die Polarisationsplatte 342 das Laserlicht L empfängt, überträgt sie eine P-polarisierte Lichtkomponente des Laserlichts L, die mit einer Polarisationsachse der Polarisationsplatte 342 zusammenfällt, und reflektiert oder absorbiert eine S-polarisierte Lichtkomponente des Laserlichts L (siehe 15(b)). Eine Lichteintrittsfläche und eine Lichtaustrittsfläche der Korrekturplatte 343 für den optischen Weg sind zu der gegenüberliegenden Seite von der Lichteintrittsfläche und der Lichtaustrittsfläche der Polarisationsplatte 342 geneigt. Die Korrekturplatte 343 für den optischen Weg führt die optische Achse des Laserlichts L, die von der Achse XL nach dem Durchlaufen der Polarisationsplatte 342 fehlausgerichtet ist, zur Achse XL zurück.
Wie zuvor beschrieben, bilden in der Lasersammeleinheit 400 in der Ebene parallel zu der XY-Ebene die optische Achse des Laserlichts L, das in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eindringt, und die optische Achse des Laserlichts L, das aus dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 austritt, den Winkel a, der ein spitzer Winkel ist (siehe 11). Andererseits wird in der Laserausgabeeinheit 300 der optische Weg des Laserlichts L entlang der X-Achsenrichtung oder der Y-Achsenrichtung eingestellt (siehe 9).
Somit werden in der Polarisationsplatteneinheit 340 die Polarisationsplatte 342 und die Korrekturplatte 343 für den optischen Weg zusammen um die Achse XL gedreht, und, wie in 15(b) gezeigt, die Polarisationsachse der Polarisationsplatte 342 um den Winkel α relativ zu der Richtung parallel zu der Y-Achsenrichtung geneigt. Dadurch wird das Laserlicht L von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 als P-polarisiertes Licht reflektiert und dann vom dichroitischen Spiegel 403 als S-polarisiertes Licht reflektiert, um die Polarisationsrichtung des Laserlichts L am Objekt 1, das auf dem Auflagetisch 230 aufliegt, parallel zur X-Achsenrichtung zu konvergieren.
Ferner wird, wie in 15(b) gezeigt, die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das in die Polarisationsplatteneinheit 340 eindringt, eingestellt, und dementsprechend die Lichtintensität des Laserlichts L, das aus der Polarisationsplatteneinheit 340 austritt, eingestellt. Um die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das in die Polarisationsplatteneinheit 340 eindringt, einzustellen, wird die λ/2-Wellenlängenplatte 332 um die Achse XL in der λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 gedreht, um den Winkel der optischen Achse der λ/2-Wellenlängenplatte 332, wie in 15(a) gezeigt, relativ zu der Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das in die λ/2-Wellenlängenplatte 332 eindringt, einzustellen (beispielsweise die Richtung parallel zu der Y-Achsenrichtung).
Wie zuvor beschrieben, dienen in der Laserausgabeeinheit 300 die A/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 nicht nur als eine Ausgabeeinstelleinheit, die die Ausgabe des Laserlichts L einstellen (in dem zuvor beschriebenen Beispiel eine Ausgabedämpfungseinheit), sondern auch eine Polarisationsrichtungseinstelleinheit, die die Polarisationsrichtung des Laserlichts L einstellt.
[4f-Linseneinheit]
Wie zuvor beschrieben, bildet das Linsenpaar 422, 423 der 4f-Linseneinheit 420 ein beidseitig telezentrisches optisches System, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen. Insbesondere ist eine Länge eines optischen Weges zwischen der Linse 422 neben dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 und der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 als eine erste Brennweite f1 der Linse 422 definiert, eine Länge eines optischen Weges zwischen der Linse 423 neben der Sammellinseneinheit 430 und der Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 als eine zweite Brennweite f2 der Linse 423 definiert und eine Länge eines optischen Wegs zwischen der Linse 422 und der Linse 423 gleich der Summe der ersten Brennweite f1 und der zweiten Brennweite f2 (das ist, f1 + f2), wie in 16 gezeigt. Von den optischen Wegen von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt sich der optische Weg zwischen dem Linsenpaar 422, 423 linear.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 erfüllt unter dem Gesichtspunkt der Vergrößerung einer effektiven Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 eine Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems die Beziehung 0,5 < M <1 (Reduktionssystem). Da die effektive Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 größer ist, wird das Laserlicht L mit einem höher definierten Phasenmuster moduliert. Unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens einer Zunahme der Länge des optischen Weges des Laserlichts L von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 kann die Beziehung 0,6 ≤ M ≤ 0,95 erfüllt werden. Dabei gilt (die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems) = (eine Größe eines Bildes auf der Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430) / (eine Größe eines Objekts auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410). Für die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 erfüllen die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems, die erste Brennweite f1 der Linse 422 und die zweite Brennweite f2 der Linse 423 die Beziehung M = f2/f1.
Es sollte beachtet werden, dass unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der effektiven Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems die Beziehung 1 < M < 2 erfüllen kann (Vergrößerungssystem). Je kleiner die effektive Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 ist, desto kleiner wird die Vergrößerung des Strahlaufweiters 350 (siehe 9), und dementsprechend wird der Winkel α (siehe 11), der durch die optische Achse des Laserlichts L, das in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eintritt, und die optische Achse des Laserlichts L, das aus dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 austritt, gebildet wird, in der Ebene parallel zu der XY-Ebene klein. Unter dem Gesichtspunkt des Unterdrückens einer Zunahme der Länge des optischen Weges des Laserlichts L von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 kann die Beziehung 1,05 ≤ M ≤ 1,7 erfüllt werden.
In der 4f-Linseneinheit 420 ist die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems nicht gleich 1, und somit bewegt sich, wie in 17 gezeigt, bei der Bewegung des Linsenpaares 422, 423 entlang der optischen Achse ein konjugierter Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 entsprechend. Insbesondere bewegt sich bei der Vergrößerung M < 1 (Reduktionssystem), wenn sich das Linsenpaar 422, 423 entlang der optischen Achse in Richtung der Sammellinseneinheit 430 bewegt, der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 weg. Bei der Vergrößerung M > 1 (Vergrößerungssystem) dagegen bewegt sich bei einer Bewegung des Linsenpaares 422, 423 entlang der optischen Achse in Richtung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 weg. So wird zum Beispiel bei einer Fehlausrichtung der Befestigungsposition der Sammellinseneinheit 430 der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 mit der Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 ausgerichtet. In der 4f-Linseneinheit 420 sind, wie in 11 gezeigt, mehrere sich in Y-Achsenrichtung erstreckende Langlöcher 421a durch die Bodenwand des Halters 421 ausgebildet, und der Halter 421 wird durch jedes der Langlöcher 421a mit der Bodenfläche 401b des Gehäuses 401 verschraubt. Dementsprechend wird die Position des Linsenpaars 422, 423 in der Richtung entlang der optischen Achse eingestellt, indem eine Position eingestellt wird, an der der Halter 421 an der Bodenfläche 401b des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung befestigt ist.
[Der eine andere Achse messende Sensor und koaxial messender Sensor]
Wie in 18 gezeigt, bestrahlen der eine andere Achse messende Sensor 450 das Objekt 1 mit einem ersten Messbereichslaserlicht L1, das sich hinsichtlich der Achse vom Laserlicht L unterscheidet, ohne die Sammellinseneinheit 430 zu durchlaufen, und empfangen reflektiertes Licht L1R des ersten Messbereichslaserlichts L1, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen. Es ist ein Paar (mehrere) von den eine andere Achse messenden Sensoren 450 vorgesehen Die beiden eine andere Achse messenden Sensor 450 sind auf der einen Seite und der anderen Seite der Sammellinseneinheit 430 in der X-Richtung angeordnet. Der koaxial messende Sensor 460 bestrahlt das Objekt mit dem zweiten Messbereichslaserlicht L2, das koaxial mit dem Laserlicht L ist, durch die Sammellinseneinheit 430 und empfängt das reflektierte Licht L2R des zweiten Messbereichslaserlichts L2, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen. Die auf diese Weise erhaltenen Verschiebungsdaten werden an die Steuerung 500 übertragen.
Die Verschiebungsdaten sind ein Signal, das eine Verschiebung, wie zum Beispiel ein Fehlersignal, darstellt. Beispielsweise kann das Fehlersignal aus der nachfolgenden Berechnung auf der Grundlage eines Erfassungsergebnisses aus der Aufspaltung einer sich ändernden Strahlform und der Erfassung der so aufgeteilten Strahlform erzeugt werden. $Fehlersignal= [(I_{A} + I_{C}) - (I_{B} + I_{D})] / [(I_{A} + I_{B} + I_{C} + I_{D})]$
wobei
I_A einen Signalwert darstellt, der auf der Grundlage einer Lichtmenge einer ersten Lichtempfangsfläche unter vier Lichtempfangsflächen, die sich aus der Aufteilung einer Empfangsfläche in vier Teile ergeben, ausgegeben wird,
I_B einen Signalwert darstellt, der auf der Grundlage einer Lichtmenge einer zweiten Lichtempfangsfläche unter den vier Lichtempfangsflächen ausgegeben wird,
I_C einen Signalwert darstellt, der auf der Grundlage einer Lichtmenge einer dritten Lichtempfangsfläche unter den vier Lichtempfangsflächen ausgegeben wird, und
I_D einen Signalwert darstellt, der auf der Grundlage einer Lichtmenge einer vierten Lichtempfangsfläche unter den vier Lichtempfangsflächen ausgegeben wird.
In der zuvor beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Richtung parallel zu der X-Achsenrichtung die Verarbeitungsrichtung (die Abtastrichtung des Laserlichts L). Wenn somit der Konzentrationspunkt des Laserlichts L relativ entlang der Trennlinie 5 bewegt wird, kann ein eine andere Achse messender Sensor 450 des eine andere Achse messenden Sensorpaares 450, der der Sammellinseneinheit 430 vorgeschaltet ist, Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 entlang der Trennlinie 5 erfassen.
Die eine andere Achse messenden Sensoren 450 weisen die nachfolgenden Vorteile auf. Es gibt nur wenige Gestaltungseinschränkungen (Wellenlänge, Polarisation usw.). Da, wie zuvor beschrieben, die Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche, die vor der Sammellinseneinheit 430 angeordnet ist, erfasst werden können, kann die Form der Laserlichteintrittsfläche (die Form des Objekts 1) im Voraus erfasst werden. Da sich ein Messpunkt von einem Kontrollpunkt unterscheidet, können die Verschiebungsdaten vor der Sammellinseneinheit 430 erfasst werden. Selbst bei einer Kante des Objekts 1 oder einer steilen Verschiebung auf dem Objekt 1 wird die nachfolgende Bewegung weniger gestört (die Steuerung benötigt mehr Zeit oder es treten Schwankungen auf).
Im Gegensatz dazu weist der koaxial messende Sensor 46 die nachfolgenden Vorteile auf. Störeinflüsse (Vibrationen, Wärmeausdehnung usw.) können aufgehoben werden. Ein Einfluss einer Positionsfehlausrichtung kann aufgehoben werden. Da der Messpunkt und der Kontrollpunkt auch bei Vibrationen oder Verformungen des Auflagetisches 230 gleich sind, kann der Abstand zwischen der Sammellinseneinheit 430 und der Laserlichteintrittsfläche durch eine Rückkopplungssteuerung konstant gehalten werden, die die Vibrationen oder die Verzerrungen berücksichtigt, wodurch es wiederum möglich ist, das Auftreten von Fehlern in einem Steuerergebnis zu unterdrücken.
Die Steuerung 500 treibt den Antrieb 440 so an, dass die Sammellinseneinheit 430 auf der Grundlage der Verschiebungsdaten von den eine andere Achse messenden Sensoren 450 und/oder der Verschiebungsdaten durch den koaxial messenden Sensor 460 der Laserlichteintrittsfläche folgt, während die Trennlinie 5 mit dem Laserlicht L abgetastet wird. Dies bewirkt, dass sich die Sammellinseneinheit 430 auf der Grundlage der Verschiebungsdaten in die Z-Achsenrichtung bewegt, wobei der Abstand zwischen der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 und dem Konzentrationspunkt des Laserlichts L konstant gehalten wird.
Beispielsweise erfasst die Steuerung 500 das Fehlersignal als Verschiebungsdaten vom koaxial messenden Sensor 460, während die Trennlinie 5 mit dem Laserlicht L abgetastet wird, führt eine Rückkopplungssteuerung durch, um das so erfasste Fehlersignal gleich einem Sollwert zu halten, und treibt den Antriebsmechanismus 440 an, um die Sammellinseneinheit 430 dazu zu bringen, der Laserlichteintrittsfläche in der Z-Richtung zu folgen.
Alternativ erfasst die Steuerung 500 zum Beispiel das Fehlersignal als die Verschiebungsdaten von dem vorgeschalteten, eine andere Achse messenden Sensor 450, während die Trennlinie 5 mit dem Laserlicht L abgetastet wird, führt eine Vorsteuerung (Vorgriffssteuerung) durch, um das so erfasste Fehlersignal gleich dem Sollwert zu halten, und treibt den Antriebsmechanismus 440 derart an, dass die Sammellinseneinheit 430 dazu gebracht wird, der Laserlichteintrittsfläche in der Z-Richtung zu folgen.
Alternativ führt die Steuerung 500 zum Beispiel eine Rückkopplungssteuerung durch, um ein Signal, das auf dem Fehlersignal von dem koaxial messenden Sensor 460 und dem Fehlersignal von dem eine andere Achse messenden Sensor 450 beruht, gleich dem Sollwert zu halten, während die Trennlinie 5 mit dem Laserlicht L abgetastet wird, und treibt den Antriebsmechanismus 440 an, um die Sammellinseneinheit 430 zu veranlassen, der Laserlichteintrittsfläche in der Z-Richtung zu folgen.
Alternativ kann die Steuerung 500 die nachfolgende Steuerung auf der Grundlage der Verschiebungsdaten, die von dem eine andere Achse messenden Sensor 450 erfasst werden und/oder der Verschiebungsdaten, die von dem koaxial messenden Sensor 460 erfasst werden, durchführen. Beispielsweise kann die folgende Bewegung an einer Position der Sammellinseneinheit 430 mit dem durch den koaxial messenden Sensor 460 erfassten Verschiebungsdaten überprüft werden, während die Laserlichteintrittsfläche mit den durch den vorhergehenden, eine andere Achse messenden Sensor 450 erfassten Verschiebungsdaten verfolgt wird. Ferner kann eine Wellung der ersten Schieneneinheit 221 und/oder der zweiten Schieneneinheit 222 und/oder der beweglichen Basis 223 (siehe 7) unter Verwendung der Verschiebungsdaten, die von dem koaxial messenden Sensor 460 erfasst werden, erfasst werden, während der Laserlichteintrittsfläche unter Verwendung der Verschiebungsdaten, die von dem eine andere Achse messenden Sensor 450 erfasst werden, gefolgt wird. Ferner wird eine Höhenposition der Kante des Objekts 1 durch den vorgeschalteten, eine andere Achse messenden Sensor 450 erfasst, und eine Höhenposition kann, wenn die optische Achse der Sammellinseneinheit 430 in die Kante eindringt (die optische Achse des koaxial messenden Sensors 460 dringt in die Kante ein), auf der Grundlage der Höhenposition der so erfassten Kante korrigiert werden. Während der Laserlichteintrittsfläche unter Verwendung der Verschiebungsdaten, die von dem vorgeschalteten, eine andere Achse messenden Sensor 450 erfasst werden, gefolgt wird, kann ferner ein Fehler in der Folgebewegung mit den von dem koaxial messenden Sensor 460 erfassten Verschiebungsdaten rückkopplungskorrigiert werden (Vorsteuerung + Rückkopplungssteuerung). Um die Möglichkeiten hinsichtlich der Bearbeitung eines bestimmten Wafers zu erhöhen, kann ferner ein optimal geeigneter Sensor aus dem eine andere Achse messenden Sensor 450 und dem koaxial messenden Sensor 460 je nach Art des Objekts 1 oder dergleichen ausgewählt werden.
[Funktion und Wirkung]
Wie zuvor beschrieben, umfasst die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 als einen Sensor, der die Verschiebungsdaten auf der Lichtempfangsfläche erfasst, sowohl die eine andere Achse messenden Sensoren 450, die eine Bestrahlung mit dem ersten Messbereichslaserlicht L1 durchführen, das sich hinsichtlich der Achse von dem Laserlicht L unterscheidet, ohne die Sammellinseneinheit 430 zu durchlaufen, sowie den koaxial messenden Sensor 460, der eine Bestrahlung mit dem zweiten Messbereichslaserlicht L2, das koaxial zu dem Laserlicht L ist, durch die Sammellinseneinheit 430 durchführt. Die eine andere Achse messenden Sensoren 450 und der koaxial messende Sensor 460 weisen unterschiedliche Vorteile auf, und somit ist es durch die Verwendung der besten Vorteile der beiden möglich, die Verschiebungsdaten entsprechend den unterschiedlich Anforderungen genau zu erfassen. Es ist eine stabilere und genauere Nachfolgebewegung möglich. Darüber hinaus ist einer der eine andere Achse messenden Sensoren 450 benachbart zu einer Seite der Ebene angeordnet, auf der sich der optische Weg des Laserlichts L von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt (Ebene parallel zu der YZ-Ebene). Das heißt, einer der eine andere Achse messenden Sensoren 450 ist für jede Komponente, die im optischen Weg des Laserlichts L angeordnet ist, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, effizient angeordnet.
Somit ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 in der Lage, die Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 entsprechend den verschiedenen Anforderungen genau zu erfassen und dabei eine Vergrößerung der Vorrichtung zu unterdrücken. In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 können die eine andere Achse messenden Sensoren 450 und der koaxial messende Sensor 460 gemeinsam installiert werden, wodurch es wiederum möglich ist, die eine andere Achse messenden Sensoren 450 und den koaxial messenden Sensor 460 zusammen zu verwenden, um eine neue Funktion zu ermöglichen, die mit einem Sensor alleine nicht möglich ist. Somit wird eine Steuerung zur Verfügung gestellt, die beide Vorteile vereint.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst das Gehäuse 401, das wenigstens den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430, das Linsenpaar 422, 423, den dichroitischen Spiegel 403 und einen der eine andere Achse messenden Sensoren 450 sowie den zweiten Übertragungsmechanismus 240, der das Gehäuse 401 in eine erste Richtung (Z-Achsenrichtung) bewegt, hält. Die Sammellinseneinheit 430 und einer der eine andere Achse messenden Sensoren 450 sind an dem Ende 401d des Gehäuses 401 in einer zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) befestigt. Der zweite Übertragungsmechanismus 240 ist an der einen Seitenfläche 401e des Gehäuses 401 in einer dritten Richtung (X-Achsenrichtung) befestigt. Somit können der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430, das Linsenpaar 422, 423, der dichroitische Spiegel 403 und einer der eine andere Achse messenden Sensoren 450 gemeinsam bewegt und gleichzeitig eine Vergrößerung der Vorrichtungsgröße unterdrückt werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst mehrere eine andere Achse messende Sensoren 450, von denen ein eine andere Achse messender Sensor 450 auf einer Seite der Sammellinseneinheit 430 in der X-Richtung angeordnet ist und der andere eine andere Achse messende Sensor 450 auf der anderen Seite der Sammellinseneinheit 430 in der X-Richtung angeordnet ist. Diese Konfiguration ermöglicht es, dass mehrere eine andere Achse messende Sensoren 450 für jede Komponente, die auf dem optischen Weg des Laserlichts L angeordnet ist, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, effektiv angeordnet werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst den Antriebsmechanismus 440, der die Sammellinseneinheit 430 entlang der optischen Achse bewegt, und die Steuerung 500, die den Antrieb des Antriebsmechanismus 440 steuert. Die Steuerung 500 treibt den Antriebsmechanismus 440 an, um die Sammellinseneinheit 430 zu veranlassen, der Laserlichteintrittsfläche auf der Grundlage der Verschiebungsdaten, die durch die eine andere Achse messenden Sensoren 450 erfasst werden, und/oder dier Verschiebungsdaten, die von dem koaxial messenden Sensor 460 erfasst werden, zu folgen. Durch diese Konfiguration kann sich die Sammellinseneinheit 430 auf der Grundlage der Verschiebungsdaten aus den eine andere Achse messenden Sensoren 450 und/oder dem koaxial messenden Sensor 460 bewegen, wobei der Abstand zwischen der Laserlichteintrittsfläche und dem Konzentrationspunkt des Laserlichts L konstant gehalten wird.
Es sollte beachtet werden, dass die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ferner die nachfolgende/n Funktion und Effekt aufweisen kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist ein Spiegel, der das Laserlicht L, das das Linsenpaar 422, 423 durchlaufen hat, in Richtung der Sammellinseneinheit 430 reflektiert, der dichroitische Spiegel 403. Dadurch kann ein gewisser Anteil des Laserlichts L, das den dichroitischen Spiegel 403 durchlaufen hat, für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 reflektiert der dichroitische Spiegel 403 das Laserlicht L als S-polarisiertes Licht. Dadurch kann die Abtastrichtung des Laserlichts L mit der Polarisationsrichtung des Laserlichts L zusammenfallen, wenn das Objekt 1 mit dem Laserlicht L in der dritten Richtung (X-Achsenrichtung) abgetastet wird. Wenn beispielsweise der modifizierte Bereich innerhalb des Objekts 1 entlang der Trennlinie gebildet wird, kann die Abtastrichtung des Laserlichts L mit der Polarisationsrichtung des Laserlichts L zusammenfallen, so dass der modifizierte Bereich effizient gebildet werden kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Sammellinseneinheit 430 an dem Ende 401d des Gehäuses 401 in der zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) befestigt, wobei der Antriebsmechanismus 440 zwischen der Sammellinseneinheit 430 und dem Ende 401d angeordnet ist. Dadurch kann die Sammellinseneinheit 430 bewegt werden, wodurch der Abstand zwischen der Laserlichteintrittsfläche des Objekts 1 und dem Konzentrationspunkt des Laserlichts L konstant gehalten wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 an dem Ende 401c des Gehäuses 401 in der zweiten Richtung (Y-Achsenrichtung) befestigt. Dadurch kann jede Komponente mit Bezug auf das Gehäuse 401 effizient angeordnet werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst den Geräterahmen 210, den Auflagetisch 230, der an dem Geräterahmen 210 befestigt ist und das Objekt 1 hält, die Laserausgabeeinheit 300, die an dem Geräterahmen 210 befestigt ist, und die Lasersammeleinheit 400, die an dem Geräterahmen 210 befestigt ist, um relativ mit der Laserausgabeeinheit 300 bewegt zu werden. Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst den Laseroszillator 310, der das Laserlicht L emittiert. Die Lasersammeleinheit 400 umfasst den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, der das Laserlicht L moduliert und reflektiert, die Sammellinseneinheit 430, die das Laserlicht L auf dem Objekt 1 konvergiert, und das Linsenpaar 422, 423, die das beidseitig telezentrische optische System bilden, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Lasersammeleinheit 400, die den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430 und das Linsenpaar 422, 423 umfasst, relativ zu der Laserausgabeeinheit 300, die den Laseroszillator umfasst, bewegbar. Somit ist es im Vergleich zu einer Konfiguration, bei der alle Komponenten, die im optischen Weg des Laserlichts L angeordnet sind, der sich von dem Laseroszillator 310 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, zusammen bewegt werden, mit dieser Konfiguration möglich, das Gewicht der Lasersammeleinheit 400, die bewegt werden soll, zu verringern und damit auch den zweiten Übertragungsmechanismus 240, der die Lasersammeleinheit 400 bewegt, zu verkleinern. Darüber hinaus werden der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430 und das Linsenpaar 422, 423 zusammen bewegt, um deren Positionsbeziehung unverändert aufrecht zu erhalten, wodurch es möglich ist, ein Bild des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 mit hoher Genauigkeit zu übertragen. Somit können gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 die Komponenten auf der Seite der Sammellinseneinheit 430 relativ zu dem Objekt 1 bewegt werden und gleichzeitig eine Vergrößerung der Vorrichtung unterdrückt werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 fällt die Austrittsrichtung (Z-Achsenrichtung) des Laserlichts L aus der Laserausgabeeinheit 300 mit der Bewegungsrichtung (Z-Achsenrichtung) der Lasersammeleinheit 400 zusammen. Dadurch ist es möglich, eine Positionsänderung des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, zu unterdrücken, selbst wenn die Lasersammeleinheit 400 bezogen auf die Laserausgabeeinheit 300 bewegt wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Laserausgabeeinheit 300 ferner den Strahlaufweiter 350, der das Laserlicht L kollimiert. Dadurch ist es möglich, eine Änderung im Durchmesser des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, zu unterdrücken, selbst wenn die Lasersammeleinheit 400 relativ zu der Laserausgabeeinheit 300 bewegt wird. Es sollte beachtet werden, dass selbst dann, wenn das Laserlicht L nicht vollständig durch den Strahlaufweiter 350 kollimiert wird und somit beispielsweise einen leichten Divergenzwinkel aufweist, das Laserlicht L durch den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 kollimiert werden kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Lasersammeleinheit 400 ferner das Gehäuse 401, in dem der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 durch das Linsenpaar 422, 423 erstreckt, eingestellt wird, und die Lichteintrittsöffnung 401a, die es ermöglicht, dass das Laserlicht L, das aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, in das Gehäuse 401 eintritt, ist am Gehäuse 401 vorgesehen. Dadurch ist es möglich, dass die Lasersammeleinheit 400 relativ zu der Laserausgabeeinheit 300 bewegt wird und gleichzeitig der Zustand des optischen Weges des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 durch das Linsenpaar 422, 423 erstreckt, unverändert bleibt.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Lasersammeleinheit 400 ferner den Spiegel 402, der in dem Gehäuse 401 angeordnet ist, um der Lasereintrittsöffnung 401a in der Bewegungsrichtung der Lasersammeleinheit 400 (Z-Achsenrichtung) zugewandt zu sein, wobei der Spiegel 402 das Laserlicht L, das in das Gehäuse 401 eintritt, durch die Lichteintrittsöffnung 401a in Richtung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 reflektiert. Dadurch ist es möglich, dass das Laserlicht L, das von der Laserausgabeeinheit 300 in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 in einem beliebigen Winkel eindringen kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist der Auflagetisch 230 an dem Geräterahmen 210 befestigt, um entlang der Ebene (XY-Ebene) orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Lasersammeleinheit 400 (Z-Achsenrichtung) bewegbar zu sein. Dadurch kann das Laserlicht L an einer gewünschten Position auf dem Objekt 1 konvergieren und das Objekt 1 mit dem Laserlicht L in einer Richtung parallel zu einer Ebene orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Lasersammeleinheit 400 abgetastet werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist der Auflagetisch 230 am Geräterahmen 210 befestigt, wobei der erste Übertragungsmechanismus 220 zwischen dem Auflagetisch 230 und dem Geräterahmen 210 angeordnet ist, und die Lasersammeleinheit 400 ist am Geräterahmen 210 befestigt, wobei der zweite Übertragungsmechanismus 240 zwischen der Lasersammeleinheit 400 und dem Geräterahmen 210 angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass der Auflagetisch 230 und die Lasersammeleinheit 400 zuverlässig bewegt werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst den Geräterahmen 210, den Auflagetisch 230, der am Geräterahmen 210 befestigt ist und das Objekt 1 hält, die Laserausgabeeinheit 300, die am Geräterahmen 210 befestigbar und von diesem abnehmbar ist, und die Lasersammeleinheit 400, die am Geräterahmen 210 befestigt ist. Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst den Laseroszillator 310, der das Laserlicht L emittiert, und die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340, die die Ausgabe des Laserlichts L einstellen. Die Lasersammeleinheit 400 umfasst den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, der das Laserlicht L moduliert und reflektiert, die Sammellinseneinheit 430, die das Laserlicht L auf dem Objekt 1 konvergiert, und das Linsenpaar 422, 423, die das beidseitig telezentrische optische System bilden, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Laserausgabeeinheit 300, die den Laseroszillator 310 sowie der λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 umfasst, von dem Geräterahmen 210 getrennt von der Lasersammeleinheit 400, die den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430 und das Linsenpaar 422, 423 umfasst, befestigbar und von diesem abnehmbar. Wenn somit die Wellenlänge des Laserlichts L, die für die Bearbeitung geeignet ist, in Abhängigkeit von beispielsweise den Spezifikationen und Bearbeitungsbedingungen des Objekts 1 variiert, kann der Laseroszillator 310, der das Laserlicht L mit einer gewünschten Wellenlänge emittiert, sowie die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340, die von der Wellenlänge abhängen, gemeinsam ausgetauscht werden. Somit können gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 mehrere Laseroszillatoren 310, die das Laserlicht L mit einer unterschiedlichen Wellenlänge aussenden, verwendet werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Laserausgabeeinheit 300 ferner die Befestigungsbasis 301, die den Laseroszillator 310 sowie die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 hält, und ist an dem Geräterahmen 210 befestigbar und von diesem abnehmbar, und die Laserausgabeeinheit 300 ist am Geräterahmen 210 befestigt, wobei die Befestigungsbasis 301 zwischen der Laserausgabeeinheit 300 und dem Geräterahmen 210 angeordnet ist. Dadurch ist es möglich, dass die Laserausgabeeinheit 300 einfach am Geräterahmen 210 befestigt und von diesem abgenommen werden kann.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Laserausgabeeinheit 300 ferner die Spiegel 362, 363, die zur Einstellung der optischen Achse des Laserlichts L, das aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Position und den Winkel der optischen Achse des Laserlichts L einzustellen, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, wenn die Laserausgabeeinheit 300 beispielsweise am Geräterahmen 210 befestigt wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 stellen die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 die Polarisationsrichtung des Laserlichts L ein. Dadurch ist es möglich, die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eindringt, einzustellen und wiederum die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das aus der Lasersammeleinheit 400 austritt, einzustellen, wenn die Laserausgabeeinheit 300 beispielsweise am Geräterahmen 210 befestigt wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfassen die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 die λ/2-Wellenlängenplatte 332 und die Polarisationsplatte 342. Dadurch ist es möglich, dass die λ/2-Wellenlängenplatte 332 und die Polarisationsplatte 342, die von der Wellenlänge abhängen, zusammen mit dem Laseroszillator 310 ausgetauscht werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst die Laserausgabeeinheit 300 ferner den Strahlaufweiter 350, der das Laserlicht L kollimiert, während er den Durchmesser des Laserlichts L anpasst. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eindringt, unverändert beizubehalten, selbst wenn beispielsweise die Lasersammeleinheit 400 sich relativ zu der Laserausgabeeinheit 300 bewegt.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 sind der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410, die Sammellinseneinheit 430 und das Linsenpaar 422, 423 mit den Wellenlängenbändern von 500 bis 550 nm, 1000 bis 1150 nm und 1300 bis 1400 nm kompatibel. Dadurch ist es möglich, die Laserausgabeeinheit 300, die das Laserlicht L in jedem Wellenlängenband emittiert, an der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 zu befestigen. Es sollte beachtet werden, dass das Laserlicht L im Wellenlängenband von 500 bis 550 nm für die Laserbearbeitung mit interner Absorption auf einem Substrat aus beispielsweise Saphir geeignet ist. Das Laserlicht L im Wellenlängenband von 1000 bis 1150 nm und das Laserlicht L im Wellenlängenband von 1300 bis 1400 nm sind für die Laserbearbeitung mit interner Absorption auf einem Substrat aus beispielsweise Silizium geeignet.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst ferner den Auflagetisch 230, der das Objekt 1 hält, den Laseroszillator 310, der das Laserlicht L emittiert, den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, der das Laserlicht L moduliert und reflektiert, die Sammellinseneinheit 430, die das Laserlicht L auf dem Objekt 1 konvergiert, und das Linsenpaar 422, 423, die das beidseitig telezentrische optische System bilden, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung bilden. Von den optischen Wegen des Laserlichts L vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt sich der optische Pfad des Laserlichts L, das wenigstens das Linsenpaar 422, 423 durchläuft (das heißt, von der Linse 422 neben dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Linse 423 neben der Sammellinseneinheit 430), linear. Die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems genügt der Beziehung 0,5 < M < 1 oder 1 < M < 2. Es sollte beachtet werden, dass in der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems, die erste Brennweite der Linse 422 und die zweite Brennweite f2 der Linse 423 der Beziehung M = f2/f1 genügen.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist die Vergrößerung M des beidseitig telezentrischen optischen Systems nicht gleich 1. Wenn somit das Linsenpaar 422, 423 entlang der optischen Achse bewegt wird, bewegt sich der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430. Insbesondere bewegt sich im Falle der Vergrößerung M < 1 (Reduktionssystem), wenn das Linsenpaar 422, 423 entlang der optischen Achse in Richtung der Sammellinseneinheit 430 bewegt wird, der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 weg. Andererseits bewegt sich im Falle der Vergrößerung M > 1 (Vergrößerungssystem), wenn sich das Linsenpaar 422, 423 entlang der optischen Achse in Richtung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 bewegt, der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 weg. Wenn somit beispielsweise die Befestigungsposition der Sammellinseneinheit 430 fehlausgerichtet ist, kann der konjugierte Punkt neben der Sammellinseneinheit 430 mit der Eintrittspupillenoberfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 ausgerichtet werden. Da darüber hinaus der optische Weg des Laserlichts L von wenigstens der Linse 422 neben dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Linse 423 neben der Sammellinseneinheit 430 sich linear erstreckt, kann das Linsenpaar 422, 423 leicht entlang der optischen Achse bewegt werden. Somit kann gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 das Bild des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 auf einfache Weise und genau auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 übertragen werden.
Es sollte beachtet werden, dass die Erfüllung der Beziehung 0,5 < M < 1 es ermöglicht, die effektive Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 zu erhöhen, wodurch wiederum die Modulation des Laserlichts L mit einem hochauflösenden Phasenmuster möglich ist. Andererseits ermöglicht die Erfüllung der Beziehung 1 < M < 2 eine Verringerung der effektiven Apertur des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410, wodurch wiederum eine Verringerung des Winkel α möglich ist, der durch die optische Achse des in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eintretenden Laserlichts L und die optische Achse des aus dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 austretenden Laserlichts L gebildet wird. Das Unterdrücken des Eintrittswinkels und des Reflexionswinkels des Laserlichts L in Bezug auf den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 ist wichtig, um eine Abnahme der Beugungseffizienz zu unterdrücken und die Leistung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 voll auszunutzen.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 kann die Vergrößerung M die Beziehung 0,6 ≤ M ≤ 0,95 erfüllen. Dadurch ist es möglich, noch zuverlässiger eine Erhöhung der Länge des optischen Weges des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, zu unterdrücken und gleichzeitig den zuvor beschriebenen Effekt, der bei der Beziehung 0,5 < M < 1 auftritt, aufrecht zu erhalten.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 kann die Vergrößerung M die Beziehung 1,05 ≤ M ≤ 1,7 erfüllen. Dadurch ist es möglich, noch zuverlässiger eine Zunahme der Länge des optischen Weges des Laserlichts L zu unterdrücken, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, während gleichzeitig der Effekt, der bei der Erfüllung der Beziehung 1 < M < 2 auftritt, wie zuvor beschrieben, erhalten wird.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird das Linsenpaar 422, 423 durch den Halter 421 gehalten, und der Halter 421 hält die Positionsbeziehung zwischen dem Linsenpaar 422, 423 in der Richtung entlang der optischen Achse des Laserlichts L unverändert, wodurch die Einstellung der Position des Linsenpaares 422, 423 in der Richtung entlang der optischen Achse des Laserlichts L (Y-Achsenrichtung) durch die Einstellung der Position des Halters 421 bewirkt wird. Dadurch ist es möglich, auf einfache und zuverlässige Weise die Position des Linsenpaars 422, 423 (das heißt, das Einstellen der Positionen der konjugierten Punkte) einzustellen, wobei die Positionsbeziehung zwischen dem Linsenpaar 422, 423 unverändert bleibt.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst ferner den Auflagetisch 230, der das Objekt 1 hält, den Laseroszillator 310, der das Laserlicht L emittiert, den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410, der das Laserlicht L moduliert und reflektiert, die Sammellinseneinheit 430, die das Laserlicht L auf dem Objekt 1 konvergiert, das Linsenpaar 422, 423, die das beidseitig telezentrische optische System bilden, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen, und den dichroitischen Spiegel 403, der das Laserlicht L, das das Linsenpaar 422, 423 durchlaufen hat, in Richtung der Sammellinseneinheit 430 reflektiert. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 reflektiert das Laserlicht L in einem spitzen Winkel entlang einer vorbestimmten Ebene (eine Ebene, die die optische Achse des Laserlichts L, das in den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 eintritt und austritt, umfasst, eine Ebene parallel zur XY-Ebene). Der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu dem dichroitischen Spiegel 403 durch das Linsenpaar 422, 423 erstreckt, wird entlang der Ebene eingestellt. Der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem dichroitischen Spiegel 403 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, wird entlang einer Richtung festgelegt, die die Ebene (Z-Achsenrichtung) schneidet.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu dem dichroitischen Spiegel 403 durch das Linsenpaar 422, 423 erstreckt, entlang der vorbestimmten Ebene eingestellt, und der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem dichroitischen Spiegel 403 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, wird entlang einer Richtung, die die Ebene schneidet, eingestellt. Dadurch ist es möglich, dass das Laserlicht L beispielsweise vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 als P-polarisiertes Licht reflektiert und vom Spiegel als S-polarisiertes Licht reflektiert wird. Dies ist für eine genaue Übertragung des Bildes des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 wichtig. Ferner reflektiert der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 das Laserlicht L in einem spitzen Winkel. Das Unterdrücken des Eintrittswinkels und des Reflexionswinkels des Laserlichts L mit Bezug auf den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 ist für die Unterdrückung einer Abnahme der Beugungseffizienz und für die vollständige Entfaltung der Leistung des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 wichtig. Somit kann gemäß der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 das Bild des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 auf einfache Weise und genau auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 übertragen werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 wird der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem dichroitischen Spiegel 403 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, entlang der Richtung orthogonal zu der zuvor beschriebenen Ebene eingestellt (die Ebene parallel zu der XY-Ebene), und der dichroitische Spiegel 403 reflektiert das Laserlicht L in einem rechten Winkel. Dadurch ist es möglich, den optischen Weg des Laserlichts L, der sich von dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 zu der Sammellinseneinheit 430 erstreckt, in einem rechten Winkel zu leiten.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 ist ein Spiegel, der das Laserlicht L, das das Linsenpaar 422, 423 durchlaufen hat, in Richtung der Sammellinseneinheit 430 reflektiert, der dichroitische Spiegel 403. Dadurch kann ein gewisser Anteil des Laserlichts L, das den dichroitischen Spiegel 403 durchlaufen hat, für verschiedene Anwendungen verwendet werden.
In der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 reflektiert der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 das Laserlicht L als P-polarisiertes Licht, und der dichroitische Spiegel 403 reflektiert das Laserlicht L als S-polarisiertes Licht. Dadurch kann das Bild des Laserlichts L auf der Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 genau auf die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 übertragen werden.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 umfasst ferner die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340, die im optischen Weg des Laserlichts L, der sich von dem Laseroszillator 310 zu dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 erstreckt, angeordnet sind, und die Polarisationsrichtung des Laserlichts L einstellen. Dadurch ist es möglich, die Polarisationsrichtung des Laserlichts L in Vorbereitung auf die Reflexion des Laserlichts L am reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 auf einen spitzen Winkel einzustellen, wodurch es wiederum möglich ist, den optischen Weg des Laserlichts L, der sich von dem Laseroszillator 310 zu dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 erstreckt, in rechten Winkeln zu leiten.
Ferner umfasst die Laserausgabeeinheit 300 den Laseroszillator 310, der das Laserlicht L emittiert, die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340, die die Ausgabe des Laserlichts L einstellen, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, die Spiegeleinheit 360, die das Laserlicht L, das die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 durchlaufen hat, veranlasst, nach außen auszutreten, und die Befestigungsbasis 301 mit der Hauptfläche 301a, auf der der Laseroszillator 310, die Ä/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 sowie die Spiegeleinheit 360 angeordnet sind. Der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem Laseroszillator 310 zu der Spiegeleinheit 360 durch die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 erstreckt, wird entlang der Ebene parallel zu der Hauptfläche 301a eingestellt. Die Spiegeleinheit 360 umfasst die Spiegel 362, 363, die zur Einstellung der optischen Achse des Laserlichts L verwendet werden, und bewirkt, dass das Laserlicht L in der die Ebene schneidenden Richtung (Z-Achsenrichtung) nach außen austritt.
In der Laserausgabeeinheit 300 werden der Laseroszillator 310, die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 sowie die Spiegeleinheit 360 auf der Hauptfläche 301a der Befestigungsbasis 301 angeordnet. Dadurch ist es möglich, dass die Laserausgabeeinheit 300 leicht an die Laserbearbeitungsvorrichtung 200 angebracht und von dieser abgenommen werden kann, indem die Befestigungsbasis 301 an dem Geräterahmen 210 der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 befestigt und von dieser abgenommen wird. Ferner ist der optische Weg des Laserlichts L, der sich von dem Laseroszillator 310 zu der Spiegeleinheit 360 durch die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 erstreckt, entlang der Ebene parallel zu der Hauptfläche 301a der Befestigungsbasis 301 eingestellt, und die Spiegeleinheit 360 bewirkt, dass das Laserlicht L entlang der Richtung, die die Ebene schneidet, nach außen austritt. Wenn somit beispielsweise die Austrittsrichtung des Laserlichts L entlang der vertikalen Richtung verläuft, wird die Laserausgabeeinheit 300 in der Höhe verringert, so dass die Laserausgabeeinheit 300 leicht an der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 befestigt und von dieser entnommen werden kann. Ferner umfasst die Spiegeleinheit 360 die Spiegel 362, 363, die zur Einstellung der optischen Achse des Laserlichts L verwendet werden. Dadurch ist es möglich, die Position und den Winkel der optischen Achse des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, einzustellen, wenn die Laserausgabeeinheit 300 am Geräterahmen 210 der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 befestigt wird. Somit kann die Laserausgabeeinheit 300 leicht an der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 befestigt und von dieser abgenommen werden.
In der Laserausgabeeinheit 300 bewirkt die Spiegeleinheit 360, dass das Laserlicht L in einer Richtung orthogonal zu der Ebene parallel zur Hauptfläche 301a nach außen austritt. Dadurch ist es möglich, dass die Spiegeleinheit 360, die optische Achse des Laserlichts L leicht einstellen kann.
In der Laserausgabeeinheit 300 stellen die A/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, ein. Dadurch ist es möglich, die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, einzustellen und damit auch die Polarisationsrichtung des aus der Lasersammeleinheit 400 austretenden Laserlichts L einzustellen, wenn die Laserausgabeeinheit 300 am Geräterahmen 210 der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 befestigt ist.
In der Laserausgabeeinheit 300 umfassen die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 die λ/2-Wellenlängenplatte 332, an der das vom Laseroszillator 310 emittierte Laserlicht L entlang der Achse XL (die Achse parallel zur Hauptfläche 301a) eintritt, den Halter 331, der die A/2-Wellenlängenplatte 332 hält, so dass die λ/2-Wellenlängenplatte 332 um die Achse XL drehbar ist, die Polarisationsplatte 342, an der das Laserlicht L, das die λ/2-Wellenlängenplatte 332 durchlaufen hat, entlang der Achse XL eintritt und den Halter 341, der die Polarisationsplatte 342 hält, so dass die Polarisationsplatte 342 um die Achse XL drehbar ist. Dadurch ist es möglich, die Ausgabe und die Polarisationsrichtung des Laserlichts L, das aus dem Laseroszillator 310 emittiert wird, anhand einer einfachen Konfiguration einzustellen. Da ferner die Laserausgabeeinheit 300 eine solche λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 enthält, können zudem eine A/2-Wellenlängenplatte 332 und eine Polarisationsplatte 342 verwendet werden, die mit der Wellenlänge des vom Laseroszillator 310 emittierten Laserlichts L kompatibel sind.
Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst ferner die Korrekturplatte 343 für den optischen Weg, die durch den Halter 341 so gehalten wird, dass sie zusammen mit der Polarisationsplatte 342 um die Achse XL drehbar ist und die optische Achse des Laserlichts L, die von der Achse XL nach dem Durchlaufen der Polarisationsplatte 342 fehlausgerichtet ist, zu der Achse XL zurückzuführen. Dadurch ist es möglich, die Fehlausrichtung des optischen Weges des Laserlichts L zu beseitigen, indem das Laserlicht L veranlasst wird, die Polarisationsplatte 342 zu durchlaufen.
In der Laserausgabeeinheit 300 entsprechen eine Achse, um die sich die λ/2-Wellenlängenplatte 332 dreht, und eine Achse, um die sich die Polarisationsplatte 342 dreht, der Achse XL und fallen somit zusammen. Das heißt, die λ/2-Wellenlängenplatte 332 und die Polarisationsplatte 342 sind um die gleiche Achse XL drehbar. Dies ermöglicht eine Vereinfachung und Verkleinerung der Laserausgabeeinheit 300.
In der Laserausgabeeinheit 300 umfasst die Spiegeleinheit 360 die Stützbasis 361 und die Spiegel 362, 363, wobei die Stützbasis 361 an der Befestigungsbasis 301 derart befestigt ist, dass sie hinsichtlich der Position einstellbar ist, der Spiegel 362 derart an der Stützbasis 361 befestigt ist, dass er hinsichtlich eines Winkels einstellbar ist und das Laserlicht L, das die λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und die Polarisationsplatteneinheit 340 durchlaufen hat, in die Richtung parallel zu der Hauptfläche 301a reflektiert, und der Spiegel 363 derart an der Stützbasis 361 befestigt ist, dass er hinsichtlich eines Winkels einstellbar ist und in der Richtung, die die Hauptfläche 301a schneidet, das Laserlicht L, das vom Spiegel 362 reflektiert wird, reflektiert. Dadurch ist es möglich, noch genauer die Position und den Winkel der optischen Achse des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, bei der Befestigung der Laserausgabeeinheit 300 an dem Geräterahmen 210 der Laserbearbeitungsvorrichtung 200 einzustellen. Darüber hinaus ist es durch Einstellen der Position der Stützbasis 361, bezogen auf die Befestigungsbasis 301, möglich, die Positionen der Spiegel 362, 363 gemeinsam auf einfache Weise einzustellen.
Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst ferner den Strahlaufweiter 350, der im optischen Weg des Laserlichts L angeordnet ist, der sich von der λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und der Polarisationsplatteneinheit 340 zu der Spiegeleinheit 360 erstreckt, und der das Laserlicht L kollimiert, während der Durchmesser des Laserlichts L eingestellt wird. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Laserlichts L, das in die Lasersammeleinheit 400 eintritt, unverändert aufrecht zu erhalten, selbst wenn sich die Lasersammeleinheit 400 relativ zu der Laserausgabeeinheit 300 bewegt.
Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst ferner die Blende 320, die im optischen Weg des Laserlichts L angeordnet ist, der sich von dem Laseroszillator 310 zu der λ/2-Wellenlängenplatteneinheit 330 und zur Polarisationsplatteneinheit 340 erstreckt, und die den optischen Weg des Laserlichts L öffnet und schließt. Dadurch kann die Ausgabe des Laserlichts L von der Laserausgabeeinheit 300 zwischen EIN und AUS geschaltet werden, indem die Ausgabe des Laserlichts L im Laseroszillator 310 zwischen EIN und AUS geschaltet wird. Darüber hinaus kann verhindert werden, dass die Blende 320 das Laserlicht L zum Beispiel unbeabsichtigt aus der Laserausgabeeinheit 300 emittiert.
[Modifikation]
Obwohl zuvor die Ausführungsform beschrieben wurde, ist ein Aspekt der vorliegenden Erfindung nicht auf die zuvor beschriebene Ausführungsform beschränkt.
Es kann ein anderes Polarisationselement als die Polarisationsplatte 342 in der Polarisationsplatteneinheit 340 vorgesehen sein. Beispielsweise kann anstelle der Polarisationsplatte 342 und der Korrekturplatte 343 für den optischen Weg ein würfelförmiges Polarisationselement verwendet werden. Das würfelförmige Polarisationselement ist ein Element mit einer rechteckigen Parallelepipedform, wobei die gegenüberliegenden Seitenflächen des Elements als Lichteintrittsfläche und Lichtaustrittsfläche dienen, und eine Schicht, die zwischen den Seitenflächen vorgesehen ist, als eine Polarisationsplatte dient.
Die Achse, um die sich die A/2-Wellenlängenplatte 332 dreht, und eine Achse, um die sich die Polarisationsplatte 342 dreht, müssen nicht zusammenfallen. Obwohl die zuvor beschriebene Ausführungsform den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 umfasst, ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator beschränkt und kann einen übertragenden räumlichen Lichtmodulator umfassen.
Die Laserausgabeeinheit 300 umfasst die Spiegel 362, 363, die zur Einstellung der optischen Achse des Laserlichts L, das aus Laserausgabeeinheit 300 emittiert wird, verwendet werden, muss jedoch nur wenigstens einen Spiegel umfassen, der zur Einstellung der optischen Achse des von der Laserausgabeeinheit 300 emittierten Laserlichts L verwendet wird.
Das optische Abbildungssystem, das das beidseitig telezentrische optische System bildet, in dem die Reflexionsfläche 410a des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators 410 und die Eintrittspupillenfläche 430a der Sammellinseneinheit 430 eine Abbildungsbeziehung aufweisen, ist nicht auf das Linsenpaar 422, 423 beschränkt und kann beispielsweise ein erstes Linsensystem (beispielsweise eine verklebte Linse oder drei oder mehr Linsen) neben dem reflektierenden räumlichen Lichtmodulator 410 und ein zweites Linsensystem (zum Beispiel eine verklebte Linse oder drei oder mehr Linsen) neben der Sammellinseneinheit 430 umfassen.
In der Lasersammeleinheit 400 ist der Spiegel, der das Laserlicht L, das das Linsenpaar 422, 423 durchlaufen hat, in Richtung der Sammellinseneinheit 430 reflektiert, der dichroitische Spiegel 403, wobei der Spiegel auch ein Totalreflexionsspiegel sein kann.
Die Sammellinseneinheit 430 und die zwei eine andere Achse messenden Sensoren 450 sind an dem Ende 401d des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung befestigt, müssen jedoch nur an einer Position befestigt sein, die sich näher am Ende 401d als die Mitte des Gehäuses 401 in Y-Achsenrichtung befinden. Der reflektierende räumliche Lichtmodulator 410 ist an dem Ende 401c des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung befestigt, muss jedoch nur an irgendeiner Position befestigt sein, die sich näher am Ende 401c als die der Mitte des Gehäuses 401 in der Y-Achsenrichtung befindet. Ferner können die eine andere Achse messenden Sensoren 450 nur auf einer Seite der Sammellinseneinheit 430 in der X-Achsenrichtung angeordnet sein.
Die Lasersammeleinheit 400 kann am Geräterahmen 210 befestigt werden. In diesem Fall kann der Auflagetisch 230 am Geräterahmen 210 befestigt werden, so dass er nicht nur in der X-Achsenrichtung und in der Y-Achsenrichtung, sondern auch in der Z-Achsenrichtung bewegbar ist.
Die Laserbearbeitungsvorrichtung gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine Vorrichtung beschränkt, die den modifizierten Bereich innerhalb des Objekts 1 bildet, und kann eine Vorrichtung sein, die in der Lage ist, eine andere Laserbearbeitung, wie beispielsweise eine Ablation, durchzuführen.
Bezugszeichenliste

1: zu bearbeitendes Objekt
200: Laserbearbeitungsvorrichtung
230: Auflagetisch (Stützeinheit)
240: zweiter Übertragungsmechanismus (Übertragungsmechanismus)
310: Laseroszillator (Laserlichtquelle)
401: Gehäuse
401c: Ende
401d: Ende
401e: Seitenfläche
403: dichroitischer Spiegel (Spiegel)
410: reflektierender räumlicher Lichtmodulator (Räumlicher Lichtmodulator)
410a: Reflexionsfläche
421: Halter
422: Linse (optisches Abbildungssystem)
423: Linse (optisches Abbildungssystem)
430: Linsensammeleinheit (optisches Lichtsammelsystem)
440: Antriebsmechanismus
450: eine andere Achse messender Sensor (erster Sensor)
460: koaxial messender Sensor (zweiter Sensor)
500: Steuerung
L: Laserlicht
L1: erstes Messbereichslaserlicht
L1R: reflektiertes Licht
L2: zweites Messbereichslaserlicht
L2R: reflektiertes Licht

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5456510 [0003]
JP 3878758 [0061]

Claims

Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend: eine Stützeinheit, die konfiguriert ist, um ein zu bearbeitendes Objekt zu halten; eine Laserlichtquelle, die konfiguriert ist, um Laserlicht zu emittieren; einen reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, der konfiguriert ist, um das Laserlicht zu modulieren und zu reflektieren; ein optisches Lichtsammelsystem, das konfiguriert ist, um das Laserlicht auf dem Objekt zu konvergieren; ein optisches Abbildungssystem, das ein beidseitig telezentrisches optisches System bildet, in dem eine Reflexionsfläche des reflektierenden räumlichen Lichtmodulators und eine Eintrittspupillenfläche des optischen Lichtsammelsystems eine Abbildungsbeziehung aufweisen; einen Spiegel, der konfiguriert ist, um das durch das optische Lichtsammelsystem verlaufende Laserlicht zum optischen Lichtsammelsystem hin zu reflektieren; einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem ersten Messbereichslaserlicht zu bestrahlen, das eine sich vom Laserlicht unterscheidende Achse aufweist, ohne das optische Lichtsammelsystem zu durchlaufen, und das reflektierte Licht des ersten Messbereichslaserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts zu erfassen; und einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem zweiten Messbereichslaserlicht, das koaxial zum Laserlicht ist, durch das optische Lichtsammelsystem zu bestrahlen und reflektiertes Licht des zweiten Messbereichslaserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen, wobei ein optischer Weg des Laserlichts, der sich von dem Spiegel zu dem optischen Lichtsammelsystem erstreckt, entlang einer ersten Richtung eingestellt ist, ein optischer Weg des Laserlichts, der sich vom reflektierenden räumlichen Lichtmodulator durch das optische Abbildungssystem zum Spiegel erstreckt, entlang einer zweiten Richtung orthogonal zur ersten Richtung eingestellt ist, und der erste Sensor auf einer Seite des optischen Lichtsammelsystems in einer dritten, zur ersten und zweiten Richtung orthogonalen Richtung angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Gehäuse, das konfiguriert ist, um wenigstens den reflektierenden räumlichen Lichtmodulator, das optische Lichtsammelsystem, das optische Abbildungssystem, den Spiegel und den ersten Sensor zu halten; und einen Übertragungsmechanismus, der konfiguriert ist, um das Gehäuse in die erste Richtung zu bewegen, wobei das optische Lichtsammelsystem und der erste Sensor an einem Ende des Gehäuses in der zweiten Richtung befestigt sind, und der Übertragungsmechanismus an einer Seitenfläche des Gehäuses in der dritten Richtung befestigt ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei mehrere der ersten Sensoren vorgesehen sind, einer der mehreren ersten Sensoren auf der einen Seite des optischen Lichtsammelsystems in der dritten Richtung angeordnet ist, und ein weiterer der mehreren ersten Sensoren ist auf einer anderen Seite des optischen Lichtsammelsystems in der dritten Richtung angeordnet ist.
Laserbearbeitungsvorrichtung, umfassend: eine Laserlichtquelle, die so konfiguriert ist, dass sie Laserlicht emittiert; einen räumlichen Lichtmodulator, der so konfiguriert ist, dass er das Laserlicht moduliert; ein optisches Lichtsammelsystem, das konfiguriert ist, um das Laserlicht auf einem zu bearbeitenden Objekt zu konvergieren; einen ersten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem ersten Messbereichslaserlicht zu bestrahlen, das eine andere Achse als das Laserlicht aufweist, ohne das optische Lichtsammelsystem zu durchlaufen, und das reflektierte Licht des ersten Laserlichts zu empfangen um Verschiebungsdaten auf einer Laserlichteintrittsfläche des Objekts zu erfassen; und einen zweiten Sensor, der konfiguriert ist, um das Objekt mit einem zweiten Messbereichslaserlicht, das koaxial zum Laserlicht ist, durch das optische Lichtsammelsystem zu bestrahlen und das reflektierte Licht des zweiten Laserlichts zu empfangen, um Verschiebungsdaten auf der Laserlichteintrittsfläche zu erfassen.
Laserbearbeitungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner umfassend: einen Antriebsmechanismus, der so konfiguriert ist, dass er das optische Lichtsammelsystem entlang einer optischen Achse bewegt; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um den Antrieb für den Antriebsmechanismus zu steuern, wobei die Steuerung den Antriebsmechanismus auf der Grundlage von Verschiebungsdaten, die vom ersten Sensor erfasst werden, und/oder Verschiebungsdaten, die vom zweiten Sensor erfasst werden, steuert, um zu bewirken, dass das optische Lichtsammelsystem der Laserlichteintrittsfläche folgt.