DE112022003387T5

DE112022003387T5 - Laserverarbeitungsvorrichtung und Laserverarbeitungsverfahren

Info

Publication number: DE112022003387T5
Application number: DE112022003387.8T
Authority: DE
Inventors: Akira Takeda; Hirotake Fukuoka
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 2021-07-05
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2024-05-02
Also published as: KR20240026129A; CN117615874A; JP2023008089A; WO2023281840A1; TW202302259A

Abstract

Ein Laserverarbeitungsapparat gemäß einer Ausführungsform umfasst eine Laserstrahlquelle, einen Tisch, eine fθ-Linse, einen Galvanoscanner, der eine verarbeitete Oberfläche eines Verarbeitungsziels mit einem Laserstrahl abtastet, indem er einen dielektrischen Spiegel betreibt, um einen Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf die fθ-Linse anzupassen, einen Polarisationsstrahlenteiler, der zwischen der Laserstrahlquelle und dem Galvanoscanner auf einem optischen Pfad des Laserstrahls angeordnet ist, eine Viertelwellenplatte, die zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und dem Galvanoscanner auf dem optischen Pfad angeordnet ist, und eine Lichterkennungseinheit, die einen Rückstrahl des Laserstrahls von der mit dem Laserstrahl verarbeiteten Oberfläche erkennt, wobei der Rückstrahl durch die fθ-Linse, den Galvanoscanner, die Viertelwellenplatte und den Polarisationsstrahlenteiler in dieser Reihenfolge passiert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Laserverarbeitungsapparat/-vorrichtung und ein Laserverarbeitungsverfahren.
Stand der Technik
Die Patentliteratur 1 offenbart eine Konfiguration, bei der in einem Laserverarbeitungsapparat, der eine Oberfläche eines Verarbeitungsziels mit einem Laserstrahl unter Nutzung eines Galvanoscanners abtastet, eine Viertelwellenplatte zwischen einer fθ-Linse und dem Verarbeitungsziel angeordnet ist, um reflektiertes Licht vom Verarbeitungsziel durch eine Erkennungseinheit in geeigneter Weise zu erkennen.
Zitatliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: japanische ungeprüfte Anmeldung-Nr. 2007-29964
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In der in der Patentliteratur 1 offenbarten Konfiguration ist es, da sich die Viertelwellenplatte auf den nachfolgenden Tisch einer Laserstrahlabtasteinheit befindet (d.h. näher am Verarbeitungsziel als die Laserstrahlabtasteinheit), notwendig, eine Viertelwellenplatte zu benutzen, die eine Größe hat, die die gesamte verarbeitete Oberfläche (d.h. den Abtastbereich) des Verarbeitungsziels abdeckt. Dementsprechend muss die Größe der Viertelwellenplatte entsprechend der Größe der verarbeiteten Fläche erhöht werden. Als Ergebnis kann die Größe des gesamten Apparats erhöht werden. Zusätzlich kann die Viertelwellenplatte zum Zeitpunkt des Prozesses durch Spritzer oder ähnliches, die vom Verarbeitungsziel erzeugt werden, verunreinigt werden.
In Anbetracht dessen besteht ein Objekt der vorliegenden Offenbarung darin, einen Laserverarbeitungsapparat und ein Laserverarbeitungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Größe des Apparats zu verringern und die Verschmutzung einer Viertelwellenplatte zu unterdrücken.
Lösung des Problems
Ein Laserverarbeitungsapparat gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Laserstrahlquelle, die konfiguriert ist, einen Laserstrahl auszugeben, eine Stützeinheit, die konfiguriert ist, ein Verarbeitungsziel zu stützen, eine fθ-Linse, die konfiguriert ist, den Laserstrahl auf eine Verarbeitungsoberfläche des Verarbeitungsziels zu fokussieren, eine optische Abtasteinheit, die konfiguriert ist, die verarbeitete Oberfläche mit dem Laserstrahl abzutasten, indem ein dielektrischer Spiegel betrieben wird, um einen Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf die fθ-Linse anzupassen, einen Polarisationsstrahlteiler, der zwischen der Laserstrahlquelle und der optischen Abtasteinheit auf einem optischen Pfad des Laserstrahls angeordnet ist, eine Viertelwellenplatte, die zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und der optischen Abtasteinheit auf dem optischen Pfad angeordnet ist, und eine Lichterkennungseinheit, die konfiguriert ist, einen Rückstrahl des Laserstrahls von der mit dem Laserstrahl bestrahlten Verarbeitungsoberfläche des Verarbeitungsziels zu erkennen, wobei der Rückstrahl durch die fθ-Linse, die optische Abtasteinheit, die Viertelwellenplatte und den Polarisationsstrahlteiler in dieser Reihenfolge verläuft.
In dem Laserverarbeitungsapparat kann unter Nutzung des Polarisationsstrahlteilers und der Viertelwellenplatte die Erkennungseffizienz des Rückstrahls von der Verarbeitungsoberfläche des Verarbeitungsziels im Vergleich zu einem Fall, in dem der Polarisationsstrahlteiler und die Viertelwellenplatte nicht benutzt werden, verbessert werden. Außerdem kann durch die Anordnung der Viertelwellenplatte zwischen dem Polarisationsstrahlteiler und der optischen Abtasteinheit die Größe der Viertelwellenplatte im Vergleich zu einem Fall, in dem die Viertelwellenplatte zwischen der fθ-Linse und dem Verarbeitungsziel angeordnet ist, verringert werden. Als Ergebnis kann der gesamte Laserverarbeitungsapparat verkleinert werden. Indem die Viertelwellenplatte nicht an einer dem Verarbeitungsziel zugewandten Position angeordnet wird, ist es zusätzlich möglich, eine Verschmutzung der Viertelwellenplatte durch Spritzer oder ähnliches, die vom Verarbeitungsziel zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erzeugt werden, zu unterdrücken.
Der Laserverarbeitungsapparat kann ferner umfassen, eine Regelungseinheit, die konfiguriert ist, einen Regelungszustand des Verarbeitungsziels auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten Rückstrahls zu überwachen. Mit der obigen Konfiguration kann der Zustand des Verarbeitungsziels auf Grundlage des zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erkannten Rückstrahls einfach überwacht werden.
Die Lichterkennungseinheit kann die Signalstärke des Rückstrahls erkennen, und die Regelungseinheit kann auf Grundlage der von der Lichterkennungseinheit erkannten Signalstärke einen abnormalen Regelungszustand des Verarbeitungsziels erkennen. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Zustands der Verarbeitung auf Grundlage der Signalstärke des Rückstrahls zu erkennen und die Abnormalität angemessen zu behandeln.
Die Regelungseinheit kann die Signalstärke auf Grundlage einer Abtastposition des Laserstrahls korrigieren und kann eine Abnormalität eines Regelungszustands des Regelungsziels auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur erkennen. Die Ausgabe des Laserstrahls von der Laserstrahlquelle wird durch den Polarisationsstrahlteiler übertragen, um ein linearer Polarisationsstrahl zu werden, und wird ferner durch die Viertelwellenplatte übertragen, um in einen zirkularen Polarisationsstrahl konvertiert zu werden. In dem Fall, in dem die optische Abtasteinheit mit dem dielektrischen Spiegel benutzt wird, ändert sich die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationsstrahlen des Laserstrahls, wenn der Laserstrahl von dem dielektrischen Spiegel reflektiert wird. Dadurch wird der Rückstrahl in der Nähe der Mitte der Abtastung im Zustand eines zirkularen Polarisationsstrahls gehalten, während der Rückstrahl eines von der Mitte der Abtastung abweichenden Randes ein elliptischer Polarisationsstrahl ist. Als Ergebnis gibt es eine Differenz zwischen der Signalstärke, die für den Rückstrahl des zentralen Abschnitts des Abtastbereichs erkannt wird, und der Signalstärke, die für den Rückstrahl des peripheren Rands des Abtastbereichs erkannt wird. Insbesondere nimmt die Signalstärke des erkannten Rückstrahls tendenziell ab, wenn sich die Bestrahlungsposition (Abtastposition) des Laserstrahls weiter von der Mitte des Bereichs entfernt. Mit der obigen Konfiguration kann die Signalstärke des Rückstrahls, der an jeder Position im Bereich der Abtastung erkannt wird, durch Korrektur der Signalstärke auf Grundlage einer solchen Tendenz ausgeglichen werden. Auf diese Weise kann für jede Abtastposition auf Grundlage einer einheitlichen Referenz bestimmt werden, ob eine Laserverarbeitung normal durchgeführt wird oder nicht.
Die Regelungseinheit kann feststellen, ob die Laserverarbeitung an einer Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht, auf Grundlage der Signalstärke, die an der Abtastposition jedes Mal erkannt wird, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl ausgeführt wird, und eine Abnormalität eines Regelungszustands des Regelungsziels als Reaktion auf eine Feststellung erkennen, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Zustands der Verarbeitung während des Verarbeitungsschritts angemessen und unmittelbar zu erkennen.
Die Regelungseinheit kann feststellen, ob die Signalstärke auf Grundlage einer Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle ausgegebenen Laserstrahls, der Signalstärke und einem Durchmesser einer auf der verarbeiteten Oberfläche gebildeten Verarbeitungsmarkierung und einem Sollwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung ein geeigneter Wert ist oder nicht, und kann eine Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels als Reaktion auf eine Feststellung erkennen, dass die Signalstärke kein geeigneter Wert ist. Mit der obigen Konfiguration kann während des Verarbeitungsschritts die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls, der Signalstärke des Rückstrahls und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarke erkannt werden.
Die Regelungseinheit kann die an jeder Abtastposition in einem gesamten vorbestimmten Abtastbereich geregelte Signalstärke integrieren und eine Abnormalität eines Regelungszustandes des Regelungsziels auf Grundlage eines Integrationsergebnisses erkennen. Bei der obigen Konfiguration kann unter Nutzung des Integrationsergebnisses der in dem gesamten Abtastbereich erfassten Signalstärke eine Differenz in der Signalstärke aufgrund einer Differenz in der Abtastposition absorbiert werden, und die Abnormalität kann in Einheiten des Abtastbereichs erkannt werden. Ferner braucht die Signalstärke des an jeder Abtastposition erkannten Rückstrahls nicht korrigiert zu werden, so dass der Rechenaufwand entsprechend reduziert werden kann.
Die Lichterkennungseinheit kann ein zweidimensionales Bild des Rückstrahls erkennen, und die Regelungseinheit kann einen Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten zweidimensionalen Bildes anpassen. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche so angepasst werden, dass das Strahlprofil an der Verarbeitungsposition (Bestrahlungsposition) auf Grundlage des zweidimensionalen Bildes des Rückstrahls (d.h. des Strahlprofils) vom Verarbeitungsziel eine geeignete Form hat. Dadurch kann die Qualität der Verarbeitung verbessert werden.
Die Regelungseinheit kann einen Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche so anpassen, dass das zweidimensionale Bild, das einer Zielform entspricht, von der Lichterkennungseinheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und einer Form einer auf der Verarbeitungsoberfläche gebildeten Verarbeitungsmarke sowie der Zielform der Verarbeitungsmarke erkannt wird. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche auf Grundlage der Beziehung zwischen der zweidimensionalen Bildaufnahme und der Form der Verarbeitungsoberfläche, die im Voraus erfasst wird, in geeigneter Weise angepasst werden.
Ein Laserverarbeitungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Laserverarbeitungsverfahren zum Verarbeiten eines Verarbeitungsziels durch Fokussieren eines Laserstrahls auf eine Verarbeitungsoberfläche des Verarbeitungsziels, das von einer Stützeinheit mit einer fθ-Linse gestützt wird, wobei das Laserverarbeitungsverfahren einen Schritt des Führens der Laserstrahlausgabe von einer Laserstrahlquelle zu einer optischen Abtasteinheit durch einen Polarisationsstrahlteiler und eine Viertelwellenplatte in dieser Reihenfolge und des Scannens umfasst, in der optischen Abtasteinheit die Verarbeitungsoberfläche mit dem Laserstrahl abtastet, indem ein dielektrischer Spiegel betrieben wird, um einen Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf die fθ-Linse zu ändern, und einen Schritt des Erkennens eines Rückstrahls des Laserstrahls von der Verarbeitungsoberfläche des mit dem Laserstrahl bestrahlten Verarbeitungsziels durch eine Lichterkennungseinheit, wobei der Rückstrahl die fθ-Linse, die optische Abtasteinheit, die Viertelwellenplatte und den Polarisationsstrahlteiler in dieser Reihenfolge passiert. Mit dem obigen Laserverarbeitungsverfahren erhält man ähnliche Wirkungen wie mit dem oben beschriebenen Laserverarbeitungsapparat.
Das Laserverarbeitungsverfahren kann ferner einen Schritt zur Überwachung eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten Rückstrahls umfassen. Mit der obigen Konfiguration kann der Zustand des Verarbeitungsziels auf Grundlage des zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erkannten Rückstrahls einfach überwacht werden.
Im Schritt des Erkennens kann die Signalstärke des Rückstrahls erkannt werden, und im Schritt der Überwachung kann eine Abnormalität eines Verarbeitungszustandes des Verarbeitungsziels auf Grundlage der erkannten Signalstärke erkannt werden. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Zustands der Verarbeitung auf Grundlage der Signalstärke des Rückstrahls angemessen zu erkennen und die Abnormalität angemessen zu behandeln.
Der Schritt der Überwachung kann einen Schritt des Korrigierens der Signalstärke auf Grundlage einer Abtastposition des Laserstrahls und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustandes des Verarbeitungsziels auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur umfassen. Mit der obigen Konfiguration werden die Größen der Signalstärke des Rückstrahls, der an jeweiligen Positionen im Abtastbereich erkannt wird, angeglichen, und es kann für jede Abtastposition auf Grundlage einer einheitlichen Referenz bestimmt werden, ob die Laserverarbeitung normal durchgeführt wird oder nicht.
Der Schritt der Überwachung kann einen Schritt des Erkennens, ob die Laserverarbeitung an einer Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht, auf Grundlage der Signalstärke, die an der Abtastposition jedes Mal erkannt wird, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl ausgeführt wird, und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustandes des Verarbeitungsziels als Reaktion auf eine Feststellung, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird, umfassen. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Zustands der Verarbeitung während des Prozesses angemessen und unmittelbar zu erkennen.
Der Schritt der Überwachung kann einen Schritt des Bestimmens, ob die Signalstärke ein geeigneter Wert ist oder nicht, auf Grundlage einer Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie der Laserstrahlquelle, die von der Laserstrahlquelle ausgegeben wird, der Signalstärke und einem Durchmesser einer Verarbeitungsmarkierung, die auf der Verarbeitungsoberfläche gebildet wird, und einem Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung, und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustandes des Verarbeitungsziels als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Signalstärke kein geeigneter Wert ist, umfassen. Mit der obigen Konfiguration kann während des Prozesses die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls, der Signalstärke des Rückstrahls und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarke erkannt werden.
Der Schritt der Überwachung kann einen Schritt der Integration der Signalstärke, die an jeder Abtastposition in einem gesamten vorbestimmten Bereich erkannt wird, und einen Schritt der Erkennung einer Abnormalität eines Verarbeitungszustandes des Verarbeitungsziels auf Grundlage eines Integrationsergebnisses umfassen. Mit der obigen Konfiguration kann unter Nutzung des Integrationsergebnisses der in dem gesamten Abtastbereich erkannten Signalstärke eine Differenz in der Signalstärke aufgrund einer Differenz in der Abtastposition absorbiert werden, und die Abnormalität kann in Einheiten des Abtastbereichs erkannt werden. Ferner muss die Signalstärke des an jeder Abtastposition erkannten Rückstrahls nicht korrigiert werden, so dass der Rechenaufwand entsprechend reduziert werden kann.
Im Schritt des Erkennens kann ein zweidimensionales Bild des Rückstrahls erkannt werden, und im Schritt der Überwachung kann ein Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche auf Grundlage des erkannten zweidimensionalen Bildes angepasst werden. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche so angepasst werden, dass das Strahlprofil an der Verarbeitungsposition (Bestrahlungsposition) auf Grundlage des zweidimensionalen Bildes des Rückstrahls (d.h. des Strahlprofils) vom Verarbeitungsziel eine geeignete Form hat. Dadurch kann die Qualität der Verarbeitung verbessert werden.
In dem Schritt der Überwachung kann ein Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche so angepasst werden, dass das zweidimensionale Bild, das einer Zielform entspricht, von der Lichterkennungseinheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und einer Form einer auf der Verarbeitungsoberfläche gebildeten Verarbeitungsmarke und einer Zielform der Verarbeitungsmarke erkannt wird. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse und der Verarbeitungsoberfläche auf Grundlage der Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und der Form der im Voraus erfassten Verarbeitungsoberfläche angemessen angepasst werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, einen Laserverarbeitungsapparat und ein Laserverarbeitungsverfahren bereitzustellen, die in der Lage sind, die Größe des Apparats zu reduzieren und die Verschmutzung einer Viertelwellenplatte zu unterdrücken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Laserverarbeitungsapparates einer ersten Ausführungsform.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für ein Verarbeitungsziel, die Signalstärke eines Rückstrahls, der von einer Lichterkennungseinheit erkannt wird, und eine Verarbeitungsmarkierung darstellt, die auf einer verarbeiteten Oberfläche gebildet wird.
3 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Korrektur der Verarbeitung der Signalstärke des Rückstrahls darstellt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie eines Laserstrahls, der Signalstärke eines Rückstrahls und dem Durchmesser einer Verarbeitungsmarkierung darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein erstes Betriebsbeispiel für den Laserverarbeitungsapparat der ersten Ausführungsform darstellt.
6 ist ein Diagramm, das ein zweites Betriebsbeispiel des Laserverarbeitungsapparats der ersten Ausführungsform darstellt.
7 ist ein Konfigurationsdiagramm eines Laserverarbeitungsapparates der zweiten Ausführungsform.
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen einem zweidimensionalen Bild eines Rückstrahls, der von dem Laserverarbeitungsapparat der zweiten Ausführungsform erkannt wurde, und einer Verarbeitungsmarkierung darstellt.
9 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für den Betrieb des Laserverarbeitungsapparats der zweiten Ausführungsform darstellt.
10 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für die Beziehung zwischen der Energie der Bestrahlung und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung darstellt, die mit dem Laserverarbeitungsapparat der zweiten Ausführungsform gemessen wird.

Beschreibung der Ausführungsformen
Nachfolgend wird eine vorliegende Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist zu beachten, dass in der folgenden Beschreibung die gleichen oder gleichwertige Elemente durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, und redundante Beschreibung davon wird ausgelassen.
[Erste Ausführungsform]
Ein Laserverarbeitungsapparat 1A einer in 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist ein Apparat, der ein Verarbeitungsziel 100 durch Bestrahlung einer verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 mit einem Laserstrahl L1 verarbeitet (oder verarbeitet). Der Laserverarbeitungsapparat 1A umfasst eine Laserstrahlquelle 2, einen Tisch 3 (Stütz-/Trageeinheit), eine fθ-Linse 4, einen Galvanoscanner 5 (optische Abtasteinheit), einen Polarisationsstrahlenteiler 6, eine Viertelwellenplatte 7, eine Lichterkennungseinheit 8A und eine Regelungseinheit 9.
Die Laserstrahlquelle 2 ist eine Vorrichtung, die den Laserstrahl L1 ausgibt, mit dem das Verarbeitungsziel 100 bestrahlt wird. Bei dem von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahl L1 kann es sich um Dauerlicht oder gepulstes Licht handeln. In der vorliegenden Ausführungsform handelt es sich bei dem Laserstrahl L1 um gepulstes Licht. Ferner wird die Wellenlänge des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1 entsprechend den Materialien (z.B. Metall, Harz und dergleichen) des Verarbeitungsziels 100 ausgewählt. Die Wellenlänge des Laserstrahls L1 beträgt z.B. 1030 nm.
Der Tisch 3 ist eine Vorrichtung, die das Verarbeitungsziel 100 stützt. Beispielsweise wird das Verarbeitungsziel 100 auf einer Verarbeitungsoberfläche (Oberseite) des Tisches 3 platziert. Der Tisch 3 ist beispielsweise ein XYZ-Tisch, der in einer X-Achsenrichtung und einer Y-Achsenrichtung parallel zur Anordnungstischoberfläche des Tisches 3 und orthogonal zueinander sowie in einer Z-Achsenrichtung orthogonal zur Anordnungstischoberfläche des Tisches 3 beweglich ist.
Die fθ-Linse 4 ist eine Linse, die den Laserstrahl L1 auf die verarbeitete Oberfläche 100a des auf dem Tisch 3 platzierten Verarbeitungsziels 100 fokussiert. Die fθ-Linse 4 umfasst eine Vielzahl von Linsen. Unter Nutzung der fθ-Linse 4 als Objektiv für das Verarbeitungsziel 100 kann eine Abtastung mit konstanter Geschwindigkeit auf der verarbeiteten Oberfläche 100a ausgeführt werden.
Der Galvanoscanner 5 umfasst einen Galvanospiegel 5a (dielektrischer Spiegel). Der Galvanoscanner 5 tastet die verarbeitete Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 ab, indem der Galvanospiegel 5a betrieben wird, um den Einfallswinkel des Laserstrahls L1 in Bezug auf die fθ-Linse 4 anzupassen. Der Galvanoscanner 5 kann so konfiguriert sein, dass er die verarbeitete Oberfläche 100a eindimensional abtastet, oder er kann so konfiguriert sein, dass er die verarbeitete Oberfläche 100a zweidimensional abtastet. In letzterem Fall umfasst der Galvanoscanner 5 beispielsweise einen ersten Galvanospiegel zum Abtasten der verarbeiteten Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 in Richtung der X-Achse und einen zweiten Galvanospiegel zum Abtasten der verarbeiteten Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 in Richtung der Y-Achse.
Der Polarisationsstrahlenteiler 6 ist zwischen der Laserstrahlquelle 2 und dem Galvanoscanner 5 auf dem optischen Pfad des Laserstrahls L1 angeordnet. Konkret ist der Polarisationsstrahlenteiler 6 zwischen der Laserstrahlquelle 2 und der Viertelwellenplatte 7 angeordnet. Der Polarisationsstrahlenteiler 6 ist so angeordnet, dass er in Bezug auf den optischen Pfad des Laserstrahls L1 um 45 Grad geneigt ist, so dass der Einfallswinkel des Laserstrahls L1 in Bezug auf den Polarisationsstrahlenteiler 6 45 Grad beträgt. Der Polarisationsstrahlenteiler 6 hat die Eigenschaft, eine erste Polarisationskomponente (z.B. eine p-Polarisationskomponente) des Laserstrahls L1 zu übertragen und eine zweite Polarisationskomponente (z.B. eine s-Polarisationskomponente) orthogonal zur ersten Polarisationskomponente des Laserstrahls L1 zu reflektieren. Deshalb wird der Laserstrahl L1, nachdem er durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 passiert ist, zu einem linearen Polarisationsstrahl L11, der nur die erste Polarisationskomponente enthält.
Die Viertelwellenplatte 7 ist zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 6 und dem Galvanoscanner 5 auf dem optischen Pfad des Laserstrahls L1 angeordnet. Die Viertelwellenplatte 7 konvertiert gegenseitig einen linearen Polarisationsstrahl und einen zirkularen Polarisationsstrahl. Das heißt, der lineare Polarisationsstrahl, der durch die Viertelwellenplatte 7 übertragen wird, wird in einen zirkularen Polarisationsstrahl konvertiert, und der zirkulare Polarisationsstrahl, der durch die Viertelwellenplatte 7 übertragen wird, wird in einen linearen Polarisationsstrahl konvertiert. Deshalb wird der Laserstrahl L1 (linearer Polarisationsstrahl L11), der durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 passiert ist, zu einem zirkularen Polarisationsstrahl L12, wenn er durch die Viertelwellenplatte 7 übertragen wird.
Die Lichterkennungseinheit 8A erkennt einen Rückstrahl (oder Rückkehrstrahl) L2 des Laserstrahls L1 von der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100, das mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt wird. In der vorliegenden Ausführungsform erkennt die Lichterkennungseinheit 8A die Signalstärke des Rückstrahls L2. Die Lichterkennungseinheit 8A ist z.B. eine Photodiode. Der Rückstrahl L2 gelangt, nachdem er von der verarbeiteten Oberfläche 100a reflektiert wurde, über die fθ-Linse 4, den Galvanoscanner 5, die Viertelwellenplatte 7 und den Polarisationsstrahlenteiler 6 in dieser Reihenfolge zur Lichterkennungseinheit 8A.
In dem Laserverarbeitungsapparat 1A, der die obige Konfiguration aufweist, passiert der von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebene Laserstrahl L1 den Polarisationsstrahlenteiler 6, die Viertelwellenplatte 7, den Galvanoscanner 5 und die fθ-Linse 4 in dieser Reihenfolge und wird auf die verarbeitete Oberfläche 100a des auf dem Tisch 3 platzierten Verarbeitungsziels 100 ausgestrahlt. Der Laserstrahl L1 passiert den Polarisationsstrahlenteiler 6 und wird zum linearen Polarisationsstrahl L11, der nur die erste Polarisationskomponente enthält. Danach passiert der Laserstrahl L1 (linearer Polarisationsstrahl L11) die Viertelwellenplatte 7, um zum zirkularen Polarisationsstrahl L12 zu werden, der der ersten Polarisationskomponente entspricht. Der Laserstrahl L1 wird über den Galvanoscanner 5 und die fθ-Linse 4 im Zustand des zirkularen Polarisationsstrahls L12 auf die verarbeitete Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 auf dem Tisch 3 ausgestrahlt.
Ein Teil des Laserstrahls L1 wird an der verarbeiteten Oberfläche 100a reflektiert, um den Rückstrahl L2 zu erzeugen. Der Rückstrahl L2 ist unmittelbar nach der Reflexion an der verarbeiteten Oberfläche 100a ein zirkularer Polarisationsstrahl L21 mit einer Drehrichtung, die derjenigen des auf die verarbeitete Oberfläche 100a auftreffenden Laserstrahls L1 (zirkularer Polarisationsstrahl L12) entgegengesetzt ist. Der Rückstrahl L2 (zirkularer Polarisationsstrahl L21) passiert die Viertelwellenplatte 7 über die fθ-Linse 4 und den Galvanoscanner 5. Zu diesem Zeitpunkt wird der Rückstrahl L2 (zirkularer Polarisationsstrahl L21) durch die Viertelwellenplatte 7 in einen linearen Polarisationsstrahl L22 konvertiert. Dabei ist die Drehrichtung des auf die Viertelwellenplatte 7 auftreffenden Rückstrahls L2 (zirkularer Polarisationsstrahl L21) entgegengesetzt zur Drehrichtung des Laserstrahls L1 (zirkularer Polarisationsstrahl L12), nachdem er durch die Viertelwellenplatte 7 passiert ist. Dafür ist der Rückstrahl L2 (linearer Polarisationsstrahl L22), der durch die Viertelwellenplatte 7 passiert hat, ein linearer Polarisationsstrahl, der nur die zweite Polarisationskomponente umfasst, deren Polarisationsrichtung sich um 90 Grad von der des Laserstrahls L1 (linearer Polarisationsstrahl L11) unterscheidet, bevor er durch die Viertelwellenplatte 7 passiert. Deshalb wird der Rückstrahl L2 (linearer Polarisationsstrahl L22) nicht durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragen und vom Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert. Die Lichterkennungseinheit 8A ist auf dem optischen Pfad des so reflektierten Rückstrahls L2 (linearer Polarisationsstrahl L22) angeordnet. Wie oben beschrieben, kann unter Nutzung des Polarisationsstrahlenteilers 6 und der Viertelwellenplatte 7 der Rückstrahl L2 in der Lichterkennungseinheit 8A erkannt werden, während eine Laserverarbeitung mit dem Laserstrahl L1 auf dem Verarbeitungsziel 100 durchgeführt wird.
Die Regelungseinheit 9 überwacht auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 den Verarbeitungszustand des Verarbeitungsziels 100. Der Zustand der Verarbeitung ist beispielsweise ein Zustand (z.B. Form, Durchmesser, Tiefe und dergleichen) einer Verarbeitungsmarkierung, die an der Bestrahlungsposition (Abtastposition) des Laserstrahls L1 gebildet wird. In der vorliegenden Ausführungsform erkennt die Regelungseinheit 9 ferner eine Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage der von der Lichterkennungseinheit 8A erfassten Signalstärke des Rückstrahls L2.
Die Regelungseinheit 9 kann beispielsweise durch eine Computervorrichtung konfiguriert werden, die einen Prozessor wie eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen Speicher wie einen Direktzugriffsspeicher (RAM) oder einen Festwertspeicher (ROM), eine zusätzliche Speichervorrichtung wie ein Festplattenlaufwerk (HDD) oder ein Solid-State-Laufwerk (SSD) und dergleichen enthält. Die Regelungseinheit 9 ist mit jeder Einheit (in der vorliegenden Ausführungsform die Laserstrahlquelle 2, der Tisch 3, der Galvanoscanner 5 und die Lichterkennungseinheit 8A) des Laserverarbeitungsapparates 1A kommunikativ verbunden und regelt den Betrieb jeder Einheit.
2 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für das Verarbeitungsziel 100, die Signalstärke des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 und eine auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildete Verarbeitungsmarkierung darstellt. Wie im oberen Teil von 2 dargestellt, umfasst das Verarbeitungsziel 100 in der vorliegenden Ausführungsform beispielsweise ein Siliziumsubstrat (Siliziumwafer) 101 und eine auf dem Siliziumsubstrat 101 gebildete Metallschicht 102. Die Metallschicht 102 wird zum Beispiel durch Gold (Au) mit einer Dicke von 100 nm gebildet. In diesem Beispiel ist die verarbeitete Oberfläche 100a eine Oberfläche der Metallschicht 102 auf einer Seite, die der Seite des Siliziumsubstrats 101 gegenüberliegt.
Der untere linke Teil von 2 zeigt ein Beispiel für eine Signalwellenform des Rückstrahls L2 (Erkennungslicht), der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannt wird, wenn eine bestimmte Abtastposition auf der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 mit dem gepulsten Laserstrahl L1 für einen Schuss bestrahlt wird. Wie in 2 dargestellt, hat in einem Fall, in dem der Laserstrahl L1 gepulstes Licht ist, die Signalform des erhaltenen Rückstrahls L2 ebenfalls eine Pulsform. Zum Beispiel erfasst die Lichterkennungseinheit 8A einen Erkennungsspitzenwert (mV) des gepulsten Rückstrahls L2 als Signalstärke des Rückstrahls L2.
Der untere rechte Teil von 2 stellt ein Beispiel einer Bildaufnahme einer Verarbeitungsmarkierung dar, die an einer Abtastposition der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildet wird, nachdem die bestimmte Abtastposition auf der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 mit dem gepulsten Laserstrahl L1 für einen Schuss bestrahlt wurde. Eine solche Bildaufnahme wird durch Beobachtung unter Benutzung eines Mikroskops oder dergleichen erhalten.
Wie oben beschrieben, wird die Ausgabe des Laserstrahls L1 von der Laserstrahlquelle 2 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragen, um zum linearen Polarisationsstrahl L11 zu werden, und wird ferner durch die Viertelwellenplatte 7 übertragen, um in den zirkularen Polarisationsstrahl L12 konvertiert zu werden. In dem Fall, in dem der Galvanoscanner 5 einschließlich des Galvanospiegels 5a (dielektrischer Spiegel) als optische Abtasteinheit benutzt wird, wie in der vorliegenden Ausführungsform, ändert sich die Phasendifferenz zwischen den orthogonalen Polarisationen des Laserstrahls L1, wenn der Laserstrahl L1 von dem Galvanospiegel 5a reflektiert wird. Dadurch wird der Rückstrahl L2 in der Nähe des Zentrums des Abtastbereichs (d.h. eines Bereichs, der vom Galvanoscanner 5 abgetastet werden kann) der verarbeiteten Oberfläche 100a in einem Zustand gehalten, der einem zirkularen Polarisationsstrahl (perfekter Kreis) nahekommt, während der Rückstrahl L2 an einem vom Zentrum des Abtastbereichs abweichenden Rand ein elliptischer Polarisationsstrahl ist. Genauer gesagt, wenn der Galvanoscanner 5 so angepasst wird, dass der Rückstrahl L2, der erhalten wird, wenn der zentrale Abschnitt des Bereichs (z.B. ein Liniensegmentbereich in einem Fall der eindimensionalen Abtastung und ein rechteckiger Bereich in einem Fall der zweidimensionalen Abtastung), der durch den Galvanoscanner 5 auf der verarbeiteten Oberfläche 100a abgetastet werden kann, mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt wird, zu einem zirkularen Polarisationsstrahl wird, wird der Polarisationszustand des Rückstrahls L2 zu einer elliptischen Form mit einer höheren Ebenheit, wenn die Abtastposition des Laserstrahls L1 weiter von dem zentralen Abschnitt entfernt ist. Als Ergebnis gibt es eine Differenz zwischen der Signalstärke des Rückstrahls L2 aus dem zentralen Abschnitt des Bereichs der Abtastung und der Signalstärke des Rückstrahls L2 vom Rand des Bereichs der Abtastung. Insbesondere nimmt die Signalstärke des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 tendenziell ab, wenn die Abtastposition des Laserstrahls L1 weiter vom zentralen Abschnitt des Abtastbereichs entfernt ist. Es ist zu beachten, dass eine solche Beziehung (optische Charakteristik) zwischen dem Bereich der Abtastung und der Signalstärke eindeutig durch den benutzten Galvanoscanner 5 bestimmt ist. Das heißt, die Beziehung zwischen dem Bereich der Abtastung und der Signalstärke ändert sich nicht mit der Zeit oder aufgrund einer Differenz im Verarbeitungsziel 100.
So kann die Regelungseinheit 9 die von der Lichterkennungseinheit 8A ermittelte Signalstärke des Rückstrahls L2 auf Grundlage der Abtastposition des Laserstrahls L1 korrigieren. Ein Beispiel für die Korrekturverarbeitung durch die Regelungseinheit 9 wird unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. Hier wird ein Fall der Durchführung einer eindimensionalen Abtastung mit dem Laserstrahl L1 (d.h. ein Fall, in dem der Abtastbereich ein eindimensionaler Liniensegmentbereich ist) als Beispiel beschrieben.
Der linke Teil von 3 stellt ein Beispiel von Signalstärkedaten dar, die die Signalstärke (mV) des Rückstrahls L2 an jeder Abtastposition angeben, die von der Lichterkennungseinheit 8A erfasst wird. Wie im linken Teil von 3 dargestellt, wird die Signalstärke (Erkennungsspitzenwert) des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 im mittleren Abschnitt des Abtastbereichs maximal und nimmt mit zunehmendem Abstand vom mittleren Abschnitt des Abtastbereichs ab. Das heißt, wie im linken Teil von 3 dargestellt, wenn die horizontale Achse die Abtastposition und die vertikale Achse die Signalstärke repräsentiert, hat die Kontur eines Graphen, der die Signalstärke des Rückstrahls L2 für jede Abtastposition repräsentiert, die Form eines Berges. Die Regelungseinheit 9 leitet eine Anpassungsfunktion ab, indem sie eine Kurvenanpassung an solchen Signalstärkedaten durchführt.
Der mittlere Abschnitt von 3 stellt ein Beispiel für eine Anpassungsfunktion dar, die aus den Signalstärkedaten des linken Teils von 3 erhalten wird. Anschließend berechnet die Regelungseinheit 9 einen Korrekturkoeffizienten (Regelungsbetrag), um die Signalstärke des Rückstrahls L2 an jeder Abtastposition auf Grundlage der Anpassungsfunktion auf einen Wert zu setzen, der der Signalstärke des Rückstrahls L2 im mittleren Abschnitt des Abtastbereichs entspricht. In einem Fall, in dem beispielsweise die Signalstärke des Rückstrahls L2 im zentralen Abschnitt des Abtastbereichs als Imax, die Signalstärke des Rückstrahls L2 an einer beliebigen Abtastposition p außerhalb des zentralen Abschnitts als Ip und der Korrekturkoeffizient an der Abtastposition p als r dargestellt wird, berechnet die Regelungseinheit 9 einen Korrekturkoeffizienten r, so dass „Imax ≈ Ip + r“ für jede Abtastposition p.
Der rechte Teil von 3 stellt ein Beispiel für den Korrekturkoeffizienten jeder Abtastposition dar, der auf diese Weise erhalten wird. Durch Addition des der Abtastposition entsprechenden Korrekturkoeffizienten zu der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Signalstärke des Rückstrahls L2 kann die Regelungseinheit 9 für jede Abtastposition die Signalstärke erhalten, die der im mittleren Abschnitt des Erkennungsbereichs erhaltenen Signalstärke entspricht. Als Ergebnis ist es möglich, eine Verarbeitung (z.B. Erkennung einer Abnormalität eines Verarbeitungszustands, Anpassung der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 und dergleichen) basierend auf der Signalstärke des Rückstrahls L2 auf einer einheitlichen Referenz unabhängig von der Abtastposition durchzuführen. Es ist zu beachten, dass auch in einem Fall, in dem eine zweidimensionale Abtastung mit dem Laserstrahl L1 durchgeführt wird, die Regelungseinheit 9 den Korrekturkoeffizienten für jede Abtastposition auf Grundlage eines Konzepts berechnen kann, das demjenigen in einem Fall, in dem eine eindimensionale Abtastung mit dem Laserstrahl L1 durchgeführt wird, ähnlich ist. Ferner ist der Korrekturkoeffizient nicht auf das obige Beispiel beschränkt. Zum Beispiel kann ein Korrekturkoeffizient r benutzt werden, der die Bedingung „Imax ≈ Ip × r“ erfüllt.
4 ist ein Diagramm, das ein Beispiel für eine Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und einem Durchmesser einer Verarbeitungsmarkierung darstellt. In 4 repräsentiert die horizontale Achse die Bestrahlungsenergie (%), wenn der Maximalwert (maximale Ausgabe der Laserstrahlquelle 2) der Bestrahlungsenergie (pJ) des Laserstrahls L1 100% beträgt. Die vertikale Achse stellt das Verhältnis (d.h. „ein Erkennungsspitzenwert (mV) des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 / Bestrahlungsenergie (pJ) des Laserstrahls L1“) zwischen der Signalstärke (mV) des Rückstrahls L2 und der Bestrahlungsenergie (pJ) des Laserstrahls L1 und dem Durchmesser (µm) der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung (siehe den unteren rechten Teil von 2) dar. Ein in 4 dargestelltes Diagramm G1 stellt eine Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 und der Signalstärke des Rückstrahls L dar. Ein Diagramm G2 stellt die Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 und dem Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung dar.
Zum Beispiel erhält man das Diagramm G1 wie folgt. Wie oben beschrieben, kann die Lichterkennungseinheit 8A mit dem Laserverarbeitungsapparat 1A die Signalstärke des Rückstrahls L2 erkennen, während sie eine Laserverarbeitung (Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1) auf dem Verarbeitungsziel 100 durchführt. Die Regelungseinheit 9 kann das Diagramm G1 erhalten, indem sie basierend auf der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 und der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Signalstärke des Rückstrahls L2 eine arithmetische Verarbeitung durchführt. Dabei kann die Regelungseinheit 9, wie oben beschrieben, die Signalstärke des Rückstrahls L2 auf Grundlage der Abtastposition des Laserstrahls L1 korrigieren. Genauer gesagt addiert die Regelungseinheit 9 den der Abtastposition entsprechenden Korrekturkoeffizienten zu der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Signalstärke des Rückstrahls L2, wodurch die Signalstärke basierend auf der im mittleren Abschnitt des Erkennungsbereichs an einer beliebigen Abtastposition erhaltenen Signalstärke ermittelt wird. Daher kann beispielsweise das Diagramm G1 einfach erzeugt werden, indem die Signalstärke des Rückstrahls L2 erkannt wird, während die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 für jede Abtastposition auf der Verarbeitungsoberfläche 100a desselben Verarbeitungsziels 100 geändert wird, die erkannte Signalstärke entsprechend der Abtastposition korrigiert wird und die Signalstärke nach der Korrektur verwendet wird.
Zum Beispiel erhält man das Diagramm G2 wie folgt. Das heißt, der Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung wird erfasst, indem ein Beobachtungsbild der Verarbeitungsmarkierung, die an jeder Abtastposition gebildet wird, nachdem die Laserverarbeitung an dem Verarbeitungsziel 100 durchgeführt wurde, erfasst und das erfasste Beobachtungsbild analysiert wird. Dann kann das Diagramm G2 durch Zuordnung des erfassten Durchmessers zu der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1, der auf jede Abtastposition ausgestrahlt wird, erhalten werden.
Wie in 4 dargestellt, werden in diesem Beispiel drei Klassifizierungen (Bereiche R1, R2 und R3) des Verarbeitungszustands entsprechend der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 aus den Graphen G1 und G2 erfasst und eine Bildaufnahme erfasst, wenn der Graph G2 hergestellt wird.
Der Bereich R1, in dem die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 5 % bis 15 % der maximalen Ausgabe beträgt, ist ein Bereich, in dem ein kleiner Teil der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1, der auf das Verarbeitungsziel 100 ausgestrahlt wird, in Verarbeitungsenergie zur Verarbeitung der verarbeiteten Oberfläche 100a konvertiert wird. Im Bereich R1 wird der Rückstrahl L2 mit einem relativ hohen Reflexionsgrad (d.h. das Verhältnis der Signalstärke des Rückstrahls L2 zur Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1) erkannt. Zusätzlich wird in dem Bereich R1 ein Teil der Metallschicht 102 auf dem Siliziumsubstrat 101 verarbeitet, und die Änderungsrate des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung in Bezug auf die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 wird relativ groß.
Der Bereich R2, in dem die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 15 % bis 90 % der maximalen Ausgabe beträgt, ist ein Bereich, in dem ein Teil der Bestrahlungsenergie (in einem höheren Verhältnis als im Bereich R1) des auf das Verarbeitungsziel 100 ausgestrahlten Laserstrahls L1 in die Verarbeitungsenergie konvertiert wird. In dem Bereich R2 ist der Reflexionsgrad des Rückstrahls L2 niedriger als in dem Bereich R1. Ferner wird im Bereich R2 ein Teil der Metallschicht 102 auf dem Siliziumsubstrat 101 entfernt, und die Größe des zu entfernenden Bereichs (der Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung) ändert sich in Abhängigkeit von der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1. Im Bereich R2 nimmt mit zunehmender Bestrahlungsenergie der Reflexionsgrad gegenüber der Bestrahlungsenergie substantiell linear ab, und der Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung nimmt substantiell linear zu.
Der Bereich R3, in dem die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 90 % bis 100 % der maximalen Ausgabe beträgt, ist ein Bereich, in dem der Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung ungefähr dem maximalen Durchmesser entspricht, der durch das optische System des Laserverarbeitungsapparats 1A bestimmt wird, und sowohl der Reflexionsgrad als auch der Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung gesättigt sind.
In dem in 4 dargestellten Beispiel hat sich bestätigt, dass es eine Korrelation zwischen dem Verhältnis des Rückstrahls L2 zur Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 (Reflexionsgrad des Rückstrahls L2) und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung gibt. Unter Nutzung einer solchen Korrelation kann die Regelungseinheit 9 während der Durchführung der Laserverarbeitung (Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1) auf dem Verarbeitungsziel 100 anhand der von der Lichterfassungseinheit 8A erfassten Signalstärke des Rückstrahls L2 (in der vorliegenden Ausführungsform ein Korrekturwert, der durch Addition eines der Abtastposition entsprechenden Korrekturkoeffizienten erhalten wird, und dasselbe gilt im Folgenden) feststellen, ob der Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a auszubildenden Verarbeitungsmarke mit einem vorgegebenen Zielwert (oder Zielbereich) übereinstimmt oder nicht.
In dem Beispiel von 4 wird beispielsweise angenommen, dass der Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung auf 75 um eingestellt ist. In diesem Fall kann die Regelungseinheit 9 die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 zum Einstellen des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung auf 75 um aus dem Diagramm G2 in 4 spezifizieren. Im Beispiel von 4 ist als Energie der Bestrahlung „50%“ spezifiziert. Somit kann die Regelungseinheit 9 die Ausgabe der Laserstrahlquelle 2 so regeln, dass die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 50% wird.
Darüber hinaus kann die Regelungseinheit 9 ein Verhältnis (d.h. einen normalen Wert, der bei normaler Laserverarbeitung erhalten wird) zwischen der Signalstärke des Rückstrahls L2 und der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 angeben, wenn die Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 aus dem Diagramm G1 von 4 auf 50% gesetzt wird. Im Beispiel von 4 ist „2,8“ als Verhältnis spezifiziert. Daher kann die Regelungseinheit 9 die Signalstärke des durch die Bestrahlung der verarbeiteten Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 erhaltenen Rückstrahls L2 überwachen und auf Grundlage dessen, ob das Verhältnis der Signalstärke des Rückstrahls L2 zur Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 mit 2,8 übereinstimmt oder nicht, bestimmen, ob die Signalstärke des Rückstrahls L2 während der Regelungsverarbeitung ein geeigneter Wert ist oder nicht (alternativ dazu, ob die Differenz zu „2,8“ gleich oder kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist). Das heißt, die Regelungseinheit 9 kann auf Grundlage dessen, ob das Verhältnis zwischen der Signalstärke des Rückstrahls L2 und der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 einem vorgegebenen normalen Wert entspricht (in diesem Beispiel einem Wert innerhalb eines vorgegebenen Schwellenwerts von „2,8“), bestimmen, ob die Laserverarbeitung am Verarbeitungsziel 100 normal durchgeführt wird oder nicht. Das heißt, wenn die Signalstärke des Rückstrahls L2 kein geeigneter Wert ist (d.h. wenn das Verhältnis nicht ein vorbestimmter normaler Wert ist), kann die Regelungseinheit 9 eine Abnormalität des Regelungszustands (z.B. die Größe des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung und dergleichen) des Verarbeitungsziels 100 erkennen.
(Erstes Betriebsbeispiel)
Ein erstes Betriebsbeispiel des Laserverarbeitungsapparats 1A wird unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. In Schritt S101 wird das Verarbeitungsziel 100 auf den Tisch 3 platziert. In Schritt S102 regelt die Regelungseinheit 9 den Tisch 3 an, um eine Positionsanpassung (Ausrichtung) des Verarbeitungsziels 100 durchzuführen. In Schritt S103 wird die Laserverarbeitung (Abtastung) gestartet. Genauer gesagt wird der von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebene Laserstrahl L1 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 und die Viertelwellenplatte 7 in dieser Reihenfolge zum Galvanoscanner 5 geführt und im Galvanoscanner 5 die verarbeitete Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 abgetastet, indem der Galvanospiegel 5a betrieben wird, um den Einfallswinkel des Laserstrahls L1 in Bezug auf die fθ-Linse 4 zu ändern.
In Schritt S104 erkennt die Lichterkennungseinheit 8A den Rückstrahl L2 des Laserstrahls L1. Genauer gesagt erkennt die Lichterkennungseinheit 8A den Rückstrahl L2 des Laserstrahls L1 von der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100, das mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt wurde, wobei der Rückstrahl L2 die fθ-Linse 4, den Galvanoscanner 5, die Viertelwellenplatte 7 und den Polarisationsstrahlenteiler 6 in dieser Reihenfolge durchlaufen hat. In der vorliegenden Ausführungsform erkennt die Lichterkennungseinheit 8A die Signalstärke (Erkennungsspitzenwert) des Rückstrahls L2 für jede Abtastposition.
Im Schritt S105 korrigiert die Regelungseinheit 9 die von der Lichterkennungseinheit 8A erkannte Signalstärke auf Grundlage der Abtastposition des Laserstrahls L1. Beispielsweise addiert die Regelungseinheit 9 den durch das oben beschriebene Berechnungsverfahren berechneten Korrekturkoeffizienten für jede Abtastposition zu der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Signalstärke, wodurch die Signalstärke nach der Korrektur erhalten wird.
In Schritt S106 erkennt die Regelungseinheit 9 eine Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur. Beispielsweise bestimmt die Regelungseinheit 9, ob die während der Laserverarbeitung erfasste Signalstärke des Rückstrahls L2 ein geeigneter Wert ist oder nicht (im Beispiel von 4 ein solcher Wert, dass das Verhältnis der Signalstärke des Rückstrahls L2 zur Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwertes von „2. 8“) auf Grundlage der Graphen G1 und G2 (d.h. Informationen, die die Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und dem Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung angeben) von 4 und dem Zielwert (z.B. 75 µm) des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung.
Wenn festgestellt wird, dass die Signalstärke des Rückstrahls L2 kein geeigneter Wert ist (Schritt S106: NO), erkennt die Regelungseinheit 9 eine Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 (Schritt S107). Dann führt die Regelungseinheit 9 eine vorbestimmte Abnormal-Zeitpunkt-Verarbeitung aus. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 9 den Betrieb der Laserstrahlquelle 2 und des Galvanoscanners 5 so regeln, dass eine zusätzliche Verarbeitung (erneute Bestrahlung mit dem Laserstrahl L1) an der Abtastposition erfolgt, an der die Abnormalität erkannt wird. Zusätzlich kann die Regelungseinheit 9 die Bestrahlungsenergie (Ausgabeleistung) des Laserstrahls L1 durch Regeln des Betriebs der Laserstrahlquelle 2 anpassen. Ferner kann die Regelungseinheit 9 den Betrieb der Laserstrahlquelle 2 und des Galvanoscanners 5 anhalten und die Laserverarbeitung zu dem Zeitpunkt unterbrechen, an dem die Abnormalität erkannt wird. Darüber hinaus kann die Regelungseinheit 9 eine Anzeigeinformation, die das Auftreten eines Fehlers angibt, an eine Anzeigeeinheit, wie z.B. eine in der Regelungseinheit 9 enthaltene Anzeige, ausgeben, oder sie kann einen Warnton oder ähnliches ausgeben, der das Auftreten eines Fehlers über einen in der Regelungseinheit 9 enthaltenen Lautsprecher oder ähnliches anzeigt.
Die Verarbeitung der Schritte S103 bis S106 wird für jede Abtastposition ausgeführt. Das heißt, die Verarbeitung der Schritte S103 bis S106 wird für jede Abtastposition ausgeführt, bis die Abtastung aller Abtastpositionen innerhalb des vorgegebenen Bereichs vollendet ist (Schritt S108: NO). Wenn bestimmt wird, dass die Signalstärke des Rückstrahls L2 an jeder Abtastposition ein geeigneter Wert ist (Schritt S106: JA) und die Abtastung aller Abtastpositionen vollendet ist (Schritt S108: JA), ist die Laserverarbeitung an dem Verarbeitungsziel 100 durch den Laserverarbeitungsapparat 1A normalerweise vollendet.
In dem oben beschriebenen ersten Betriebsbeispiel bestimmt die Regelungseinheit 9 jedes Mal, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl L1 ausgeführt wird, auf Grundlage der an der Abtastposition erkannten Signalstärke (in der vorliegenden Ausführungsform die Signalstärke nach der Korrektur des Rückstrahls L2), ob die Laserverarbeitung der Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht (d.h. ob die Signalstärke ein geeigneter Wert ist oder nicht). Dann erkennt die Regelungseinheit 9 eine Abnormalität des Regelungszustands des Regelungsziels 100 in Reaktion auf die Feststellung, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird (Schritt S106: NO).
(Zweites Betriebsbeispiel)
Im zweiten Betriebsbeispiel integriert die Regelungseinheit 9, nachdem die Laserverarbeitung (Abtastung) des gesamten vorbestimmten Abtastbereichs abgeschlossen ist, die Signalstärke des von der Lichterfassungseinheit 8A erfassten Rückstrahls L2 für jede Abtastposition des gesamten Abtastbereichs und erkennt die Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des Integrationsergebnisses. Dies basiert auf dem folgenden Gedanken. Das heißt, wie oben beschrieben, gibt es eine Differenz in der Signalstärke des Rückstrahls L2, die im zentralen Abschnitt und am peripheren Rand des Bereichs der Abtastung erhalten wird. Eine solche Differenz in der Größe der Signalstärke in Abhängigkeit von der Abtastposition wird zu einem Problem, wenn der Verarbeitungszustand für jede Abtastposition überwacht wird. Daher führt die Regelungseinheit 9 im ersten Betriebsbeispiel der Überwachung des Regelungszustands für jede Abtastposition eine Korrekturverarbeitung der Signalstärke unter Verwendung des der Abtastposition entsprechenden Korrekturkoeffizienten durch, so dass die Signalstärke des Rückstrahls L2, die für jede Abtastposition erhalten wird, nicht variiert. Wenn es hingegen ausreicht zu überwachen, ob die Laserverarbeitung normalerweise in Einheiten von Abtastbereichen durchgeführt wird (z.B. für jedes Verarbeitungsziel 100), kann diese Korrekturverarbeitung ausgelassen werden. Beispielsweise wird zunächst eine Laserverarbeitung für den gesamten Abtastbereich eines bestimmten Verarbeitungsziels 100 durchgeführt und ein integrierter Wert der Signalstärke des an jeder Abtastposition des gesamten Abtastbereichs erkannten Rückstrahls L2 erfasst. Ob die Laserverarbeitung des Verarbeitungsziels 100 normal durchgeführt wurde, wird anschließend durch eine vorgegebene Prüfung, z.B. eine Sichtprüfung, bestätigt. So ist es möglich, den integrierten Wert (d.h. den normalen Wert des integrierten Wertes) zu erfassen, der erhalten wird, wenn die Laserverarbeitung im gesamten Bereich der Abtastung (in diesem Beispiel ein Verarbeitungsziel 100) normal durchgeführt wird. Daher berechnet die Regelungseinheit 9 in einem Fall, in dem eine ähnliche Laserverarbeitung an einer Vielzahl von Verarbeitungszielen 100 desselben Typs oder dergleichen durchgeführt wird, jedes Mal, wenn die Laserverarbeitung des gesamten Abtastbereichs eines Verarbeitungsziels 100 abgeschlossen ist, einen integrierten Wert der Signalstärke des Rückstrahls L2, der an jeder Abtastposition des gesamten Abtastbereichs erkannt wird, und bestimmt, ob der berechnete integrierte Wert innerhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts von einem im Voraus erfassten Normalwert liegt oder nicht, wodurch bestimmt wird, ob die Laserverarbeitung des Verarbeitungsziels 100 normalerweise durchgeführt wird oder nicht.
Ein zweites Betriebsbeispiel des Laserverarbeitungsapparats 1A wird unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. Die Verarbeitung der Schritte S201 bis S204 ist ähnlich wie die der Schritte S101 bis S104. Im zweiten Betriebsbeispiel wird die Verarbeitung der Schritte S203 und S204 ausgeführt, bis die Abtastung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs vollendet ist (Schritt S205: NO). Wenn die Abtastung innerhalb des Abtastbereichs (d.h. die Bestrahlung aller Abtastpositionen im Abtastbereich mit dem Laserstrahl L1) abgeschlossen ist (Schritt S205: JA), erfasst die Regelungseinheit 9 einen integrierten Wert der Signalstärke des an jeder Abtastposition des gesamten Abtastbereichs erkennbaren Rückstrahls L2 (Schritt S206).
In Schritt S207 bestimmt die Regelungseinheit 9, ob der in Schritt S206 erhaltene integrierte Wert ein geeigneter Wert ist oder nicht. Zum Beispiel bestimmt die Regelungseinheit 9, ob der integrierte Wert innerhalb des vorbestimmten Schwellenwerts von dem im Voraus erfassten normalen Wert liegt oder nicht. Wenn die Differenz zwischen dem integrierten Wert und dem normalen Wert den Schwellenwert überschreitet (Schritt S207: NO), erkennt die Regelungseinheit 9 eine Abnormalität des Regelungszustands des Regelungsziels 100 (Schritt S208). Dann führt die Regelungseinheit 9 eine vorbestimmte Abnormal-Zeitpunkt-Verarbeitung aus. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 9 eine Anzeigeinformation, die das Auftreten eines Fehlers angibt, an eine Anzeigeeinheit, wie z.B. eine in der Regelungseinheit 9 enthaltene Anzeige, ausgeben, oder sie kann einen Warnton oder ähnliches, der das Auftreten eines Fehlers angibt, über einen in der Regelungseinheit 9 enthaltenen Lautsprecher oder ähnliches ausgeben. Andererseits, wenn bestimmt wird, dass der integrierte Wert der geeignete Wert ist (d.h. die Differenz zwischen dem integrierten Wert und dem normalen Wert liegt innerhalb des Schwellenwerts) (Schritt S208: NO), wird die Abnormal-Zeitpunkt-Verarbeitung nicht ausgeführt, und die Laserverarbeitung am Verarbeitungsziel 100 durch den Laserverarbeitungsapparat 1A wird normal vollendet.
In dem oben beschriebenen Laserverarbeitungsapparat 1A kann unter Nutzung des Polarisationsstrahlenteilers 6 und der Viertelwellenplatte 7 die Erkennungseffizienz des Rückstrahls L2 von der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 im Vergleich zu einem Fall, in dem der Polarisationsstrahlenteiler 6 und die Viertelwellenplatte 7 nicht verwendet werden, verbessert werden. Insbesondere kann der gesamte Rückstrahl L2 (linearer Polarisationsstrahl L22) durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert und zur Lichterkennungseinheit 8A geführt werden. Außerdem kann durch die Anordnung der Viertelwellenplatte 7 zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler 6 und dem Galvanoscanner 5 die Größe der Viertelwellenplatte 7 im Vergleich zu einem Fall, in dem die Viertelwellenplatte 7 zwischen der fθ-Linse 4 und dem Verarbeitungsziel 100 (Tisch 3) angeordnet ist, verringert werden. Mit anderen Worten, es ist nicht notwendig, die Größe der Viertelwellenplatte 7 entsprechend der Größe des Verarbeitungsziels 100 zu vergrößern, um das gesamte Verarbeitungsziel 100 (die verarbeitete Oberfläche 100a) abzudecken. Als Ergebnis kann der gesamte Laserverarbeitungsapparat 1A verkleinert werden. Indem die Viertelwellenplatte 7 nicht an einer dem Verarbeitungsziel 100 zugewandten Position angeordnet wird, ist es zusätzlich möglich, eine Verschmutzung der Viertelwellenplatte 7 aufgrund von Spritzern oder ähnlichem, die vom Verarbeitungsziel 100 zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erzeugt werden, zu unterdrücken.
Wie in der obigen Ausführungsform kann die Regelungseinheit 9 den Regelungszustand des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 (in der vorliegenden Ausführungsform die Signalstärke des Rückstrahls L2) überwachen. Mit der obigen Konfiguration kann der Verarbeitungszustand des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des Rückstrahls L2, der zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erkannt wird, einfach überwacht werden. Genauer gesagt, da die Lichterkennungseinheit 8A den Rückstrahl L2 zur Überwachung des Verarbeitungszustandes gleichzeitig mit der Bestrahlung des Verarbeitungsziels 100 mit dem Laserstrahl L1 erkennen kann, ist es möglich, den Verarbeitungszustand während des Verarbeitungsschrittes einfach zu überwachen.
Wie in der obigen Ausführungsform kann die Lichterkennungseinheit 8A die Signalstärke des Rückstrahls L2 erkennen, und die Regelungseinheit 9 kann die Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage der von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Signalstärke erkennen. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Signalstärke des Rückstrahls L2 zu erkennen und die Abnormalität angemessen zu behandeln.
Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform (erstes Betriebsbeispiel) kann die Regelungseinheit 9 die Signalstärke des Rückstrahls L2 auf Grundlage der Abtastposition des Laserstrahls L1 korrigieren und die Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur erkennen. Bei der obigen Konfiguration wird die Signalstärke auf Grundlage der Tendenz korrigiert, dass die Signalstärke des erkannten Rückstrahls L2 kleiner wird, wenn die Bestrahlungsposition (Abtastposition) des Laserstrahls L1 weiter von der Mitte des Erkennungsbereichs entfernt ist, wodurch die Größe der Signalstärke des an jeder Position im Erkennungsbereich erkannten Rückstrahls L2 ausgeglichen werden kann. Auf diese Weise ist es möglich, auf Grundlage einer einheitlichen Referenz für jede Abtastposition zu bestimmen, ob die Laserverarbeitung normal durchgeführt wird oder nicht, d.h. ob die Signalstärke (Korrekturwert) ein angemessener Wert ist oder nicht.
Wie in der obigen Ausführungsform (erstes Betriebsbeispiel) kann die Regelungseinheit 9 jedes Mal, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl L1 ausgeführt wird, auf Grundlage der an der Abtastposition erfassten Signalstärke feststellen, ob die Laserverarbeitung an der Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht, und kann als Reaktion auf die Feststellung, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird, eine Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 erkennen. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Verarbeitungszustands während des Verarbeitungsschritts angemessen und unmittelbar zu erkennen.
Wie in der oben beschriebenen Ausführungsform (erstes Betriebsbeispiel) kann die Regelungseinheit 9 auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1 und der Signalstärke (in der vorliegenden Ausführungsform der korrigierte Wert) des Rückstrahls L2 bestimmen, ob es sich um einen geeigneten Wert handelt oder nicht, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und dem Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung und dem Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung einen geeigneten Wert darstellt, und kann eine Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 in Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Signalstärke kein geeigneter Wert ist, erkennen. Mit der obigen Konfiguration kann während des Verarbeitungsschritts die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung in geeigneter Weise erkannt werden.
Wie in der obigen Ausführungsform (zweites Betriebsbeispiel) kann die Regelungseinheit 9 die an jeder Abtastposition im gesamten vorbestimmten Abtastbereich erfasste Signalstärke des Rückstrahls L2 integrieren und die Abnormalität des Regelungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des Integrationsergebnisses erkennen. Bei der obigen Konfiguration kann unter Nutzung des Integrationsergebnisses der Signalstärke des Rückstrahls L2, der im gesamten Abtastbereich erkannt wird, die Differenz in der Signalstärke aufgrund der Differenz in der Abtastposition absorbiert werden, und die Abnormalität kann in Einheiten des Abtastbereichs erkannt werden. Da die Signalstärke des an jeder Abtastposition erkannten Rückstrahls L2 nicht korrigiert werden muss, kann zusätzlich der Berechnungsaufwand (d.h. die Verarbeitungslast der Regelungseinheit 9) entsprechend reduziert werden.
Ein Laserverarbeitungsverfahren, das von dem Laserverarbeitungsapparat 1A ausgeführt wird, ist ein Verfahren zum Verarbeiten des Verarbeitungsziels 100 durch Fokussieren des Laserstrahls L1 auf die verarbeitete Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100, das durch die fθ-Linse 4 auf dem Tisch 3 platziert (stützt/trägt) wird. Dieses Laserverarbeitungsverfahren umfasst einen Schritt des Führens des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1 zum Galvanoscanner 5 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 und die Viertelwellenplatte 7 in dieser Reihenfolge und des Abtastens der verarbeiteten Oberfläche 100a im Galvanoscanner 5 mit dem Laserstrahl L1 durch Betätigen des Galvanospiegels 5a, um den Einfallswinkel des Laserstrahls L1 in Bezug auf die fθ-Linse 4 zu ändern (zum Beispiel Schritt S103 in 5 und Schritt S203 in 6 und dergleichen), und einen Schritt des Erkennens des Rückstrahls L2 des Laserstrahls L1 von der verarbeiteten Oberfläche 100a des mit dem Laserstrahl L1 bestrahlten Verarbeitungsziels 100 durch die Lichterkennungseinheit 8A, wobei der Rückstrahl L2 die fθ-Linse 4, den Galvanoscanner 5, die Viertelwellenplatte 7 und den Polarisationsstrahlenteiler 6 in dieser Reihenfolge durchläuft (zum Beispiel Schritt S104 in 5 und Schritt S204 in 6 und dergleichen). Gemäß dem obigen Laserverarbeitungsverfahren erhält man ähnliche Wirkungen wie mit dem oben beschriebenen Laserverarbeitungsapparat 1A.
Das Laserverarbeitungsverfahren kann ferner einen Schritt zur Überwachung des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit 8A erkannten Rückstrahls L2 umfassen (zum Beispiel Schritte S105 bis S107 in 5 und Schritte S206 bis S208 in 6 und dergleichen). Mit der obigen Konfiguration kann der Verarbeitungszustand des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des zum Zeitpunkt der Laserverarbeitung erkannten Rückstrahls L2 leicht überwacht werden.
In dem Laserverarbeitungsverfahren kann die Signalstärke des Rückstrahls L2 in dem Erkennungsschritt erkannt werden, und die Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 kann auf Grundlage der erkannten Signalstärke in dem Überwachungsschritt erkannt werden. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Signalstärke des Rückstrahls L2 in geeigneter Weise zu erkennen und die Abnormalität in geeigneter Weise zu behandeln.
In dem Laserverarbeitungsverfahren kann der Überwachungsschritt einen Schritt zur Korrektur der Signalstärke auf Grundlage der Abtastposition des Laserstrahls L1 (zum Beispiel Schritt S105 in 5) und einen Schritt zum Erkennen einer Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur (zum Beispiel Schritte S106 und S107 in 5) umfassen. Mit der obigen Konfiguration werden die Beträge der Signalstärke des Rückstrahls L2, der an jeweiligen Positionen im Abtastbereich erkannt wird, angeglichen, und es kann für jede Abtastposition auf Grundlage einer einheitlichen Referenz bestimmt werden, ob die Laserverarbeitung normal durchgeführt wird oder nicht.
In dem Laserverarbeitungsverfahren kann der Überwachungsschritt einen Schritt (z.B. Schritt S106 in 5) zur Bestimmung, ob die Laserverarbeitung an der Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht, auf Grundlage der Signalstärke, die an der Abtastposition jedes Mal erkannt wird, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl L1 ausgeführt wird, und einen Schritt (z.B. Schritt S107 in 5) zur Erkennung einer Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 als Reaktion auf die Feststellung, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird, umfassen. Mit der obigen Konfiguration ist es möglich, die Abnormalität des Verarbeitungszustands während des Verarbeitungsschritts angemessen und unmittelbar zu erkennen.
In dem Laserverarbeitungsverfahren kann der Überwachungsschritt einen Schritt (z.B. Schritt S106 in 5) des Bestimmens, ob die Signalstärke ein geeigneter Wert ist oder nicht, auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und dem Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung und dem Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung, und einen Schritt (z.B. die Schritte S106 und S107 in 5) des Erkennens einer Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 in Reaktion auf die Bestimmung, dass die Signalstärke nicht der geeignete Wert ist. Mit der obigen Konfiguration kann während des Verarbeitungsschritts die Abnormalität des Verarbeitungszustands auf Grundlage der Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1, der Signalstärke des Rückstrahls L2 und dem Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung in geeigneter Weise erkannt werden.
In dem Laserverarbeitungsverfahren kann der Überwachungsschritt einen Schritt der Integration der Signalstärke des Rückstrahls L2, die an jeder Abtastposition in dem gesamten vorbestimmten Abtastbereich erfasst wird (zum Beispiel Schritt S206 in 6), und einen Schritt des Erkennens der Abnormalität des Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels 100 auf Grundlage des Integrationsergebnisses (zum Beispiel Schritte S207 und S208 in 6) umfassen. Mit der obigen Konfiguration kann unter Nutzung des Integrationsergebnisses der im gesamten Abtastbereich erkannten Signalstärke eine Differenz in der Signalstärke aufgrund einer Differenz in der Abtastposition absorbiert werden, und die Abnormalität kann in Einheiten des Abtastbereichs erkannt werden. Zusätzlich muss die an jeder Abtastposition erkannte Signalstärke des Rückstrahls L2 nicht korrigiert werden, so dass der Rechenaufwand entsprechend reduziert werden kann.
[Zweite Ausführungsform]
Ein Laserverarbeitungsapparat 1B gemäß einer zweiten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, unterscheidet sich von dem Laserverarbeitungsapparat 1A dadurch, dass er ferner eine Strahlformungseinheit 10 umfasst. Ferner unterscheidet sich der Laserverarbeitungsapparat 1B von dem Laserverarbeitungsapparat 1A auch dadurch, dass er eine Lichterkennungseinheit 8B anstelle der Lichterkennungseinheit 8A umfasst.
Die Strahlformungseinheit 10 ist ein Strahlformungselement, das eine Strahlformung des Laserstrahls L1 durchführt. Die Strahlformungseinheit 10 ist zum Beispiel ein Strahlhomogenisierer. Wenn eine solche Strahlformung durch die Strahlformungseinheit 10 durchgeführt wird, ändert sich das Strahlprofil (die Strahlform) auf der verarbeiteten Oberfläche 100a entsprechend dem Abstand zwischen der Verarbeitungsoberfläche (fθ-Linse 4) und der verarbeiteten Oberfläche 100a des Verarbeitungsziels 100 (d.h. dem Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3). In der zweiten Ausführungsform ist die Lichterkennungseinheit 8B daher zur Beobachtung des Strahlprofils während der Laserverarbeitung so konfiguriert, dass sie die zweidimensionale Bildaufnahme des Rückstrahls L2 erkennen kann. Die Lichterkennungseinheit 8B umfasst zum Beispiel eine Kamera.
(A) und (B) von 8 illustrieren Beispiele eines zweidimensionalen Bildes (Oberseite) des Rückstrahls L2, das von der Lichterkennungseinheit 8B erkannt (abgebildet) wird, wenn die verarbeitete Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt wird, bzw. ein Beobachtungsbild (Unterseite) einer Verarbeitungsmarkierung, die tatsächlich auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildet wird. 8 (A) stellt ein zweidimensionales Bild (Oberseite) und ein Beobachtungsbild (Unterseite) dar, wenn der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a angemessen ist und eine Verarbeitungsmarkierung mit einer angemessenen Form, die nahe an einem vorgegebenen Ziel liegt, erhalten wird. 8 (B) stellt ein zweidimensionales Bild (Oberseite) und ein Beobachtungsbild (Unterseite) dar, wenn der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a nicht angemessen ist und eine Verarbeitungsmarkierung mit einer ungeeigneten Form, die sich von der Zielform unterscheidet, erhalten wird.
Aus den in 8 dargestellten Ergebnissen wurde bestätigt, dass es eine Korrelation zwischen dem zweidimensionalen Bild des Rückstrahls L2, der von der Lichterkennungseinheit 8B aufgenommen wird, wenn die verarbeitete Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1 bestrahlt wird, und der Form der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung gibt. Das heißt, es hat sich bestätigt, dass es möglich ist, eine ungefähre Form der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung anhand der zweidimensionalen Bildaufnahme des Rückstrahls L2 zu schätzen. Daher kann durch Anpassung des Abstands zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a, um ein zweidimensionales Bild zu erhalten, das der Verarbeitungsmarkierung entspricht, die eine geeignete Form nahe der Zielform hat, wie in (A) von 8 dargestellt, die Laserverarbeitung in geeigneter Weise durchgeführt werden. Daher passt die Regelungseinheit 9 den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a so an, dass das der Zielform entsprechende zweidimensionale Bild von der Lichterkennungseinheit 8B auf Grundlage beispielsweise der Beziehung zwischen dem von der Lichterkennungseinheit 8B aufgenommenen zweidimensionalen Bild und der Form der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarke und der Zielform der Verarbeitungsmarke erkannt wird. Hier, wie in 8 dargestellt, ist die Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und der Form der Verarbeitungsmarkierung eine Information, in der die Bildaufnahmen der Beobachtung einiger Verarbeitungsmarkierungen mit den zweidimensionalen Bildern, die den Bildaufnahmen entsprechen, zugeordnet sind.
Ein Betriebsbeispiel des Laserverarbeitungsapparates 1B wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die Schritte S301 und S302 sind ähnlich wie die Schritte S101 und S102.
In Schritt S303 bestrahlt der Laserverarbeitungsapparat 1B eine vorbestimmte Position auf der verarbeiteten Oberfläche 100a mit dem Laserstrahl L1.
In Schritt S304 erkennt die Lichterkennungseinheit 8B ein zweidimensionales Bild des Rückstrahls L2 des Laserstrahls L1 (siehe die Oberseite von (A) oder (B) in 8) .
In Schritt S305 passt die Regelungseinheit 9 den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Objekttisch 3 (d.h. den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a) auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit 8B erkannten zweidimensionalen Bildes an. Beispielsweise passt die Regelungseinheit 9 den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Kreuztisch 3 so an, dass das zweidimensionale Bild, das der Zielform entspricht, von der Lichterkennungseinheit 8B auf Grundlage der Beziehung zwischen dem von der Lichterkennungseinheit 8B erfassten zweidimensionalen Bild und der Form der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Bearbeitungsmarke und der Zielform der Bearbeitungsmarke erkannt wird. Beispielsweise regelt die Regelungseinheit 9 den Tisch 3 und passt die Position (Höhenposition) des Tisches 3 in Richtung der Z-Achse an, um dadurch den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 anzupassen.
Beispielsweise kann der Laserverarbeitungsapparat 1B den geeigneten Abstand zwischen der fθ-Linse 4, die für das Verarbeitungsziel 100 geeignet ist, und dem Tisch 3 erfassen, indem er den in 9 dargestellten Prozess unter Verwendung der Anpassungsprobe (das Verarbeitungsziel 100) ausführt, die für die erste Anpassung des Abstands zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 vorbereitet wurde. Danach, wenn die Laserverarbeitung auf dem Verarbeitungsziel 100 desselben Typs wie die Anpassungsprobe durchgeführt wird, stellt der Laserverarbeitungsapparat 1B (die Regelungseinheit 9) den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 auf den geeigneten Abstand ein und startet dann die Laserverarbeitung auf der verarbeiteten Oberfläche 100a, wodurch die Genauigkeit der Laserverarbeitung der verarbeiteten Oberfläche 100a verbessert werden kann.
Zusätzlich ist es mit dem Laserverarbeitungsapparat 1B auch möglich, die Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie (%) des Laserstrahls L1 und dem Durchmesser (µm) der Verarbeitungsmarkierung leicht zu erfassen, wie in 10 dargestellt. Als Beispiel wird ein Fall betrachtet, in dem die Strahlformungseinheit 10 eine Strahlformung durchführt, so dass das Strahlprofil des Laserstrahls L1 einer Gaußschen Verteilung folgt. In einem solchen Fall wird durch die Lichterkennungseinheit 8B ein kreisförmiges zweidimensionales Bild erhalten. Ferner besteht, wie oben beschrieben, eine Korrelation zwischen dem von der Lichterkennungseinheit 8B erhaltenen zweidimensionalen Bild und der Form der Verarbeitungsmarkierung, die tatsächlich auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildet wird. Daher ist es möglich, den Durchmesser der Verarbeitungsmarkierung aus dem zweidimensionalen Bild zu berechnen (zu schätzen), indem die Korrelation zwischen dem zweidimensionalen Bild und der Form (Durchmesser) der Verarbeitungsmarkierung im Voraus erfasst wird. Beispielsweise kann die Regelungseinheit 9 auf einfache Weise die in 10 dargestellten Informationen gewinnen, indem sie die Zuordnung der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle 2 ausgegebenen Laserstrahls L1 zu dem zweidimensionalen Bild des Rückstrahls L2 des Laserstrahls L1 und dem aus der Korrelation berechneten Durchmesser der Verarbeitungsmarke unter Änderung der Abtastposition und der Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 durchführt.
In dem Laserverarbeitungsapparat 1B erkennt die Lichterkennungseinheit 8B das zweidimensionale Bild des Rückstrahls L2, und die Regelungseinheit 9 stellt den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 (d.h. den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a) auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit 8B erkannten zweidimensionalen Bildes ein. Das heißt, in dem von dem Laserverarbeitungsapparat 1B ausgeführten Laserverarbeitungsverfahren wird das zweidimensionale Bild des Rückstrahls L2 in dem Erkennungsschritt (zum Beispiel Schritt S304 in 9) erkannt, und der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 wird auf Grundlage des erkannten zweidimensionalen Bildes in dem Überwachungsschritt (zum Beispiel Schritt S305 in 9) angepasst. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 auf Grundlage des zweidimensionalen Bildes (d.h. des Strahlprofils) des Rückstrahls L2 vom Verarbeitungsziel 100 so angepasst werden, dass das Strahlprofil an der Verarbeitungsposition (Bestrahlungsposition) auf der verarbeiteten Oberfläche 100a eine geeignete Form aufweist. Dadurch kann die Qualität der Verarbeitung verbessert werden.
In der obigen Ausführungsform kann die Regelungseinheit 9 den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 (d.h. den Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und der verarbeiteten Oberfläche 100a) so anpassen, dass das der Zielform entsprechende zweidimensionale Bild von der Regelungseinheit 8B auf Grundlage der Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und der Form (z.B. einem Durchmesser oder dergleichen) der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung und der Zielform der Verarbeitungsmarkierung erkannt wird. Das heißt, in dem Laserverarbeitungsverfahren, das von dem Laserverarbeitungsapparat 1B ausgeführt wird, kann in dem Überwachungsschritt (zum Beispiel Schritt S305 in 9) der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 so angepasst werden, dass das zweidimensionale Bild, das der Zielform entspricht, von der Lichterkennungseinheit 8B auf Grundlage der Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und dem Durchmesser der auf der verarbeiteten Oberfläche 100a gebildeten Verarbeitungsmarkierung und der Zielform der Verarbeitungsmarkierung erkannt wird. Mit der obigen Konfiguration kann der Abstand zwischen der fθ-Linse 4 und dem Tisch 3 auf Grundlage der Beziehung zwischen der zweidimensionalen Bildaufnahme und der Form der Verarbeitungsmarkierung, die im Voraus erfasst wird, angemessen angepasst werden.
[Modifikationsbeispiel]
Obwohl eine Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung oben beschrieben wurde, ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt. Das Material und die Form jeder Konfiguration sind nicht auf das oben beschriebene Material und die Form beschränkt, und es können verschiedene Materialien und Formen verwendet werden.
Obwohl in der obigen Ausführungsform beispielsweise eine Konfiguration bereitgestellt wird, bei der der Laserstrahl L1 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragen und der Rückstrahl L2 vom Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert wird, kann eine Konfiguration bereitgestellt werden, bei der der Laserstrahl L1 vom Polarisationsstrahlenteiler 6 reflektiert und der Rückstrahl L2 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragen wird. Genauer gesagt wird bei der obigen Ausführungsform die erste Polarisationskomponente (der lineare Polarisationsstrahl L11) des durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragenen Laserstrahls L1 zum Verarbeitungsziel 100 geführt. Allerdings kann ein linearer Polarisationsstrahl, der nur die zweite Polarisationskomponente des vom Polarisationsstrahlteiler 6 reflektierten Laserstrahls L1 aufweist (eine Komponente, die in 1 nach oben fährt), über die Viertelwellenplatte 7, den Galvanoscanner 5 und die fθ-Linse 4 zu dem Verarbeitungsziel 100 geführt werden. In diesem Fall ist der zum Polarisationsstrahlenteiler 6 zurückkehrende Rückstrahl L2, der einem Weg folgt, der dem des linearen Polarisationsstrahls mit nur der zweiten Polarisationskomponente des Laserstrahls L1 entgegengesetzt ist, ein linearer Polarisationsstrahl mit nur der ersten Polarisationskomponente. Daher wird der Rückstrahl L2 durch den Polarisationsstrahlenteiler 6 übertragen, um die Lichterkennungseinheit 8A zu erreichen.
Zusätzlich wird in dem ersten Betriebsbeispiel der ersten Ausführungsform bestimmt, ob die Laserverarbeitung normal durchgeführt wird oder nicht, und zwar auf Grundlage dessen, ob das Verhältnis der Signalstärke des Rückstrahls L2 zur Bestrahlungsenergie des Laserstrahls L1 ein normaler Wert ist oder nicht. Ob die Laserverarbeitung normalerweise durchgeführt wird oder nicht, kann allerdings einfacher auf Grundlage der Frage bestimmt werden, ob die Signalstärke des Rückstrahls L2 ein vorbestimmter normaler Wert ist oder nicht.
Zusätzlich kann in dem ersten Betriebsbeispiel der ersten Ausführungsform die Korrekturverarbeitung der Signalstärke des Rückstrahls L2 ausgelassen werden. Zum Beispiel ist es in einem Fall, in dem ein normaler Wert der Signalstärke des Rückstrahls L2 im Voraus für jede Abtastposition erfasst wird, möglich zu bestimmen, ob die Signalstärke des Rückstrahls L2 ein geeigneter Wert ist oder nicht (d.h. ob die Laserverarbeitung normal durchgeführt wurde oder nicht), indem die Signalstärke des Rückstrahls L2 vor der Korrektur mit einem normalen Wert verglichen wird, der für jede Abtastposition vorbereitet wurde. Durch die Durchführung der Verarbeitung der Korrektur ist es allerdings möglich, die Notwendigkeit zu beseitigen, einen normalen Wert vorzubereiten, der für jede Abtastposition verglichen wird.
Ferner ist in der obigen Ausführungsform die äußere Oberfläche (als Beispiel die Oberfläche der Metallschicht 102 auf der dem Siliziumsubstrat 101 gegenüberliegenden Seite) des Verarbeitungsziels 100 die verarbeitete Oberfläche 100a, aber die verarbeitete Oberfläche, die der Laserverarbeitung unterzogen werden soll, ist nicht auf die äußere Oberfläche des Verarbeitungsziels beschränkt. In der obigen Ausführungsform kann z.B. eine Grenzfläche (d.h. eine Fläche, die sich auf der Innenseite des Verarbeitungsziels befindet) zwischen dem Siliziumsubstrat 101 und der Metallschicht 102 eine verarbeitete Oberfläche sein. In diesem Fall, z.B. in 2, kann das Verarbeitungsziel 100 so angeordnet sein, dass sich das Siliziumsubstrat 101 auf der Oberseite (fθ lens 4 side) und die Metallschicht 102 auf der Unterseite (stage 3 side) befindet. Dann kann die Laserverarbeitung an der Grenzfläche (verarbeitete Oberfläche) durchgeführt werden, indem das Siliziumsubstrat 101 mit dem Laserstrahl L1 mit einer Wellenlänge bestrahlt wird, die durch das Siliziumsubstrat 101 übertragen wird, um den Laserstrahl L1 auf der Oberfläche der Metallschicht 102 auf der Seite des Siliziumsubstrats 101 (d.h. der Grenzfläche zwischen dem Siliziumsubstrat 101 und der Metallschicht 102) zu fokussieren. In diesem Fall wird der an der Grenzfläche erzeugte Rückstrahl L2 durch das Siliziumsubstrat 101 übertragen und fährt in Richtung der fθ-Linse 4.
Ferner ist die Stützeinheit, die das Verarbeitungsziel 100 stützt, nicht auf den Tisch 3 beschränkt. Beispielsweise kann anstelle des Tischs 3 ein Armelement oder dergleichen, das so konfiguriert ist, dass es die Verarbeitungsoberfläche des Verarbeitungsziels 100 hält (sandwichartig), als Stützeinheit benutzt werden.
Zusätzlich kann ein Teil der Konfigurationen in einer oben beschriebenen Ausführungsform oder Modifikation willkürlich auf Konfigurationen in anderen Ausführungsformen oder Modifikationsbeispielen angewendet werden.
Liste der Referenzzeichen
Bezugszeichenliste

1A, 1B: Laserverarbeitungsapparat
2: Laserstrahlquelle
3: Tisch
4: fθ-Linse
5: Galvanoscanner (optische Abtasteinheit)
5a: Galvanospiegel (dielektrischer Spiegel)
6: Polarisationsstrahlenteiler
7: Viertelwellenplatte
8A, 8B: Lichterkennungseinheit
9: Regelungseinheit
100: Verarbeitungsziel
100a: Verarbeitete Oberfläche
L1: Laserstrahl
L2: Rückstrahl

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 200729964 [0003]

Claims

Laserverarbeitungsapparat, umfassend: eine Laserstrahlquelle, die konfiguriert ist, einen Laserstrahl auszugeben; eine Stützeinheit, die konfiguriert ist, ein Verarbeitungsziel zu stützen; eine fθ-Linse, die konfiguriert ist, den Laserstrahl auf eine verarbeitete Oberfläche des Verarbeitungsziels zu fokussieren; eine optische Abtasteinheit, die konfiguriert ist, die verarbeitete Oberfläche mit dem Laserstrahl abzutasten, indem ein dielektrischer Spiegel betrieben wird, um einen Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf die fθ-Linse anzupassen; einen Polarisationsstrahlenteiler, der zwischen der Laserstrahlquelle und der optischen Abtasteinheit auf einem optischen Pfad des Laserstrahls angeordnet ist; eine Viertelwellenplatte, die zwischen dem Polarisationsstrahlenteiler und der optischen Abtasteinheit auf dem optischen Pfad angeordnet ist; und eine Lichterkennungseinheit, die konfiguriert ist, einen Rückstrahl des Laserstrahls von der verarbeiteten Oberfläche des mit dem Laserstrahl bestrahlten Verarbeitungsziels zu erkennen, wobei der Rückstrahl die fθ-Linse, die optische Abtasteinheit, die Viertelwellenplatte und den Polarisationsstrahlenteiler in dieser Reihenfolge durchläuft.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 1, ferner umfassend: eine Regelungseinheit, die konfiguriert ist, einen Verarbeitungszustand des Verarbeitungsziels auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten Rückstrahls zu überwachen.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 2, wobei die Lichterkennungseinheit die Signalstärke des Rückstrahls erkennt, und die Regelungseinheit eine Abnormalität eines Regelungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage der von der Lichterkennungseinheit erkannten Signalstärke erkennt.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinheit die Signalstärke auf Grundlage einer Abtastposition des Laserstrahls korrigiert und eine Abnormalität eines Regelungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur erkennt.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Regelungseinheit feststellt, ob die Laserverarbeitung an einer Abtastposition normal durchgeführt wird oder nicht, auf Grundlage der an der Abtastposition Signalstärke, die jedes Mal, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl ausgeführt wird, erfasst wird, und eine Abnormalität eines Regelungszustands des Verarbeitungsziels als Reaktion auf eine Feststellung erkennt, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird.
Laserverarbeitungsapparat nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei die Regelungseinheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie des von der Laserstrahlquelle ausgegebenen Laserstrahls, der Signalstärke und einem Durchmesser einer auf der verarbeiteten Oberfläche gebildeten Verarbeitungsmarkierung und einem Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung bestimmt, ob die Signalstärke ein geeigneter Wert ist oder nicht, und eine Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels als Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Signalstärke kein geeigneter Wert ist, erkennt.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 3, wobei die Regelungseinheit die an jeder Abtastposition in einem gesamten vorbestimmten Abtastbereich erkannte Signalstärke integriert und eine Abnormalität eines Regelungszustands des Regelungsziels auf Grundlage eines Integrationsergebnisses erkennt.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 2, wobei die Lichterkennungseinheit ein zweidimensionales Bild des Rückstrahls erkennt, und die Regelungseinheit einen Abstand zwischen der fθ-Linse und der verarbeiteten Oberfläche auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten zweidimensionalen Bildes anpasst.
Laserverarbeitungsapparat nach Anspruch 8, wobei die Regelungseinheit einen Abstand zwischen der fθ-Linse und der verarbeiteten Oberfläche derart anpasst, dass das einer Zielform entsprechende zweidimensionale Bild durch die Lichterkennungseinheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und einer Form einer auf der verarbeiteten Oberfläche gebildeten Verarbeitungsmarkierung und der Zielform der Verarbeitungsmarkierung erkannt wird.
Laserverarbeitungsverfahren zum Verarbeiten eines Verarbeitungsziels durch Fokussieren eines Laserstrahls auf eine verarbeitete Oberfläche des Verarbeitungsziels, das von einer Stützeinheit mit einer fθ-Linse getragen wird, wobei das Laserverarbeitungsverfahren umfasst: einen Schritt des Leitens der Laserstrahlausgabe von einer Laserstrahlquelle zu einer optischen Abtasteinheit durch einen Polarisationsstrahlenteiler und eine Viertelwellenplatte in dieser Reihenfolge und des Abtastens der verarbeiteten Oberfläche mit dem Laserstrahl in der optischen Abtasteinheit durch Betreiben eines dielektrischen Spiegels, um einen Einfallswinkel des Laserstrahls in Bezug auf die fθ-Linse zu ändern; und einen Schritt des Erkennens, durch eine Lichterkennungseinheit, eines Rückstrahls des Laserstrahls von der verarbeiteten Oberfläche des mit dem Laserstrahl bestrahlten Verarbeitungsziels, wobei der Rückstrahl die fθ-Linse, die optische Abtasteinheit, die Viertelwellenplatte und den Polarisationsstrahlenteiler in dieser Reihenfolge durchläuft.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend: einen Schritt der Überwachung eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage des von der Lichterkennungseinheit erkannten Rückstrahls.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Schritt des Erkennens die Signalstärke des Rückstrahls erkannt wird, und in dem Schritt der Überwachung eine Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage der erkannten Signalstärke erkannt wird.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Überwachung umfasst einen Prozess des Korrigierens der Signalstärke auf Grundlage einer Abtastposition des Laserstrahls, und einen Prozess des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage der Signalstärke nach der Korrektur.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Schritt der Überwachung umfasst einen Schritt des Bestimmens, ob die Laserverarbeitung an einer Abtastposition auf Grundlage der an der Abtastposition jedes Mal, wenn die Bestrahlung der Abtastposition mit dem Laserstrahl ausgeführt wird, erkannten Signalstärke normal durchgeführt wird oder nicht, und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels in Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Laserverarbeitung an der Abtastposition nicht normal durchgeführt wird.
Laserverarbeitungsverfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Schritt der Überwachung umfasst einen Schritt des Bestimmens, ob die Signalstärke ein geeigneter Wert ist oder nicht, auf Grundlage einer Beziehung zwischen der Bestrahlungsenergie der Laserstrahlausgabe von der Laserstrahlquelle, der Signalstärke und einem Durchmesser einer Verarbeitungsmarkierung, die auf der verarbeiteten Oberfläche gebildet wird, und einem Zielwert des Durchmessers der Verarbeitungsmarkierung, und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels in Reaktion auf eine Bestimmung, dass die Signalstärke kein geeigneter Wert ist.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Überwachung umfasst einen Schritt des Integrierens der an jeder Abtastposition erkannten Signalstärke in einem gesamten vorbestimmten Bereich, und einen Schritt des Erkennens einer Abnormalität eines Verarbeitungszustands des Verarbeitungsziels auf Grundlage eines Integrationsergebnisses.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 11, wobei in dem Schritt des Erkennens ein zweidimensionales Bild des Rückstrahls erkannt wird, und in dem Schritt der Überwachung ein Abstand zwischen der fθ-Linse und der verarbeiteten Oberfläche auf Grundlage des erkannten zweidimensionalen Bildes angepasst wird.
Laserverarbeitungsverfahren nach Anspruch 17, wobei in dem Schritt der Überwachung ein Abstand zwischen der fθ-Linse und der verarbeiteten Oberfläche derart angepasst wird, dass das zweidimensionale Bild, das einer Zielform entspricht, durch die Lichterkennungseinheit auf Grundlage einer Beziehung zwischen dem zweidimensionalen Bild und einer Form einer Verarbeitungsmarkierung, die auf der verarbeiteten Oberfläche gebildet wird, und einer Zielform der Verarbeitungsmarkierung erkannt wird.