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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Laserbearbeitungseinrichtung
und ein Laserbearbeitungsverfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks,
wie zum Beispiel eines Halbleiterwafers durch Verwenden eines Laserstrahls
und genauer auf eine Technik zum Korrigieren der Brennpunktsposition
des Laserstrahls.
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Beschreibung des Standes der
Technik
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In
einem Halbleitervorrichtungs-Herstellungsverfahren wird eine Mehrzahl
von Schaltkreisen, wie zum Beispiel ICs (Integrierten Schaltkreisen)
und LSIs (großformatigen integrierten Schaltkreisen) wie
eine Matrix auf der Oberfläche eines im Wesentlichen scheibenförmigen
Halbleiterwafers ausgebildet und dieser daher mit den mehreren Schaltkreisen
ausgebildete Wafer wird als nächstes entlang einer Mehrzahl
von Kreuzungsstraßen (Teilungslinien) geschnitten, um dadurch
die Mehrzahl von Schaltkreisen als Chips voneinander zu trennen. Auch
in einem Herstellungsverfahren für optische Vorrichtungen,
wie zum Beispiel Licht emittierende Dioden und Laserdioden, die
in elektrischem Gerät weit verbreitet sind, wird ein Galliumnitridverbindungshalbleiter
oder dergleichen auf der Oberfläche eines Substrats, wie
zum Beispiel eines Saphirsubstrats ausgebildet, um einen Wafer einer
optischen Vorrichtung zu erhalten, und dieser Wafer wird als nächstes
entlang einer Mehrzahl von Teilungslinien geschnitten, um die einzelnen
Vorrichtungen als Chips voneinander zu trennen.
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Das
Schneiden (Dicing) von solchen verschiedenen Wafern wird durch Verwenden
einer Schneideeinrichtung, die Dicer genannt wird, durchgeführt.
Als ein anderes Verfahren wurde kürzlich ein Verfahren
zum Schneiden eines Werkstücks, wie zum Beispiel eines
Halbleiterwafers durch Verwenden eines Laserstrahls entwickelt (siehe
zum Beispiel
japanische Patentoffenlegung
Nr. Hei 10-305420 und
japanisches
Patent Nr. 3408805 ). Die
japanische
Patentoffenlegung Nr. Hei 10-305420 offenbart ein Laserbearbeitungsverfahren,
bei dem ein Laserstrahl auf ein Werkstück angelegt wird,
das aus einem Einkristall-Oxid gebildet ist, um die Moleküle des
Einkristall-Oxids durch eine photochemische Reaktion zu trennen
und zu verdampfen, wodurch an einer vorbestimmten Position auf dem
Werkstück eine Nut gebildet wird. Dann wird das Werkstück
entlang dieser Nut gespalten.
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Das
japanische Patent Nr. 3408805 offenbart ein
Laserschneidverfahren, bei dem ein Pulslaserstrahl mit einer Tansmissionswellenlänge
für ein Werkstück auf das Werkstück in
dem Zustand angelegt wird, in dem die Brennpunktsposition des Laserstrahls
in das Werkstück gelegt ist, wodurch eine modifizierte
Schicht englang jeder Teilungslinie gebildet wird. Diese modifizierte
Schicht ist in ihrer Stärke kleiner als die andere Region
des Werkstücks. Folglich wird das Werkstück durch
Anlegen einer äußeren Kraft entlang jeder Teilungslinie
entlang jeder Teilungslinie auf eine solche Weise geteilt, dass
das Teilen von der modifizierten Schicht begonnen wird.
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In
einigen zu bearbeitenden Werkstücken gibt es eine Möglichkeit,
dass eine Wölbung oder Welligkeit eintreten kann oder die
Oberfläche des Werkstücks nicht flach werden kann,
wodurch die Bildung von Rauhigkeit während jedes Verfahrensschrittes
vor einem Dicing-Schritt erzeugt wird. Im Fall des Bearbeitens eines
solchen Werkstücks ist die Oberflächenverschiebung
einer Oberfläche des Gegenstands des Werkstücks
nicht konstant, so dass die Brennpunktposition des Laserstrahls
in einer Richtung entlang der Dicke des Werkstücks variiert,
wodurch eine Reduktion in der Bearbeitungsgenauigkeit erzeugt wird.
Wie oben genannt ist in dem Laserbearbeitungsverfahren zum Bilden
einer modifizierten Schicht innerhalb des Werkstücks der Effekt
einer Wölbung, Welligkeit und Rauhigkeit des Werkstücks
besonders tiefgreifend. Um mit diesem Problem umzugehen, wurde eine
Laserbearbeitungseinrichtung mit einem Mittel zum im Voraus Messen
der Oberflächenverschiebung in einer Laserstrahl-Anlegungsregion
des Werkstücks, einem Mittel zum Einstellen der Brennpunktposition
eines Laserstrahls in einer Richtung entlang der Dicke des Werkstücks
gemäß dem Ergebnis der Messung durch das obige
Messungsmittel und einem Mittel zum Anlegen des Laserstrahls auf
das Werkstück vorgeschlagen (siehe zum Beispiel
japanische Patentoffenlegung
Nr. 2007-152355 und
2008-16577 ).
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Die
in den
japanischen Patentoffenlegungen Nr.
2007-152355 und
2008-16577 beschriebene
Laserbearbeitungseinrichtung hat jedoch ein Problem, dass es, wenn
die Bearbeitungsposition, d. h. die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls, weit
weg von der Oberfläche des Werkstücks ist, unmöglich
ist, die Oberflächenverschiebung während des Laserbearbeitens
zu messen und es daher unmöglich ist, die Brennpunktposition
des Bearbeitungslaserstrahls in Echtzeit zu korrigieren, womit eine
Verringerung der Bearbeitungseffizienz erzeugt wird. D. h. in der
Laserbearbeitungseinrichtung, die in den
japanischen Patentoffenlegungen Nr. 2007-152355 und
2008-16577 beschrieben
ist, sind der Brennpunkt eines Detektionslaserstrahls und der Brennpunkt
des Bearbeitungslaserstrahls auf dieselbe Position eingestellt.
Folglich wird im Fall des Fokussierens des Bearbeitungslaserstrahls
in das Werkstück in einer Tiefenposition der Brennpunktdurchmesser
des Detektionslaserstrahls auf der Oberfläche des Werkstücks
groß.
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In
dieser herkömmlichen Laserbearbeitungseinrichtung wird
die Oberflächenverschiebung des Werkstücks aus
der Lichtmenge von an der Oberfläche des Werkstücks
durch das Anlegen des Detektionslaserstrahls auf das Werkstück
reflektiertem Licht detektiert. Folglich wird die Lichtmenge des
reflektierten Lichts pro Einheitsfläche reduziert, wenn
der Punkt-Durchmesser des detektierenden Laserstrahls groß ist,
so dass die Oberflächenverschiebung des Werkstücks
nicht genau gemessen werden kann. Besonders in dem Fall des mehrmaligen
Anlegens eines Bearbeitungslaserstrahls an ein dickes Werkstück,
beginnend an einer Brennpunktposition nahe der Oberfläche
des Werkstücks an der Rückseite davon, wird der
Abstand zwischen der Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls
und der Oberfläche des Werkstücks an der Frontseite
davon groß, so dass es eine Möglichkeit gibt,
dass die Messung der Oberflächenverschiebung selbst nicht
durchgeführt werden kann. Aus diesem Grund wird in der
Laserbearbeitungseinrichtung, die in den
japanischen Patentoffenlegungen Nr. 2007-152355 und
2008-16577 beschrieben
wurde, die oben genannt wurden, der Detektionslaserstrahl vor dem
Laserbearbeiten auf das Werkstück angelegt, um die Oberflächenverschiebung
des Werkstücks vorläufig zu messen. Danach wird
die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls eingestellt,
um ein Laserbearbeiten durchzuführen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungseinrichtung
und ein Laserbearbeitungsverfahren zur Verfügung zu stellen,
die/das die Brennpunktposition eines Laserstrahls in Echtzeit unabhängig
von der Dicke eines Werkstücks korrigieren kann und das
Werkstück ohne vorläufiges Messen einer Oberflächenverschiebung
des Werkstücks selbst in dem Fall, dass die Oberflächenverschiebung
in einer Laserstrahl-Anlegungsregion des Werkstücks nicht
konstant ist, genau bearbeiten kann.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Laserbearbeitungseinrichtung
zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Verwenden eines Laserstrahls
bereitgestellt, enthaltend: Ein Haltemittel zum Halten des Werkstücks,
ein Bearbeitungsmittel zum Anlegen des Laserstrahls auf das Werkstück,
das durch das Haltemittel gehalten wird, wobei das Bearbeitungsmittel
einen Oszillator zum Oszillieren des Laserstrahls und eine Fokussierlinse
zum Fokussieren des Laserstrahls in Richtung des Werkstücks
aufweist, ein Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
zum Detektieren einer Oberflächenverschiebung des Werkstücks
und ein Brennpunktpositions-Einstellmittel zum Einstellen der Position
der Fokussierlinse gemäß dem Ergebnis der Detektion
durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel, wobei
das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel eine Detektionslichtquelle
enthält, die dazu geeignet ist, Licht mit einer Mehrzahl
von Wellenlängen, die von der Wellenlänge des
Laserstrahls abweichen, zu oszillieren, eine Wellenlängenauswahlsektion,
die eingerichtet ist, um eine der Mehrzahl von Wellenlängen
als die Wellenlänge des Detektionslichts auszuwählen,
eine Detektionslicht-Anlegungssektion, die eingerichtet ist, um das
Detektionslicht, das von der Detektionslichtquelle oszilliert wird
und die Wellenlänge aufweist, die durch die Wellenlängenauswahlsektion
ausgewählt ist, in die Fokussierlinse einzuleiten, und
eine Detektionssektion, die eingerichtet ist, um reflektiertes Licht,
das auf dem Werkstück durch das Anlegen des Detektionslichts
auf das Werkstück reflektiert wird, zu detektieren.
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In
der vorliegenden Erfindung ist die Detektionslichtquelle des Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittels
dazu geeignet, Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen
zu oszillieren, und die Wellenlängenauswahlsektion des
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittels selektiert eine
der Mehrzahl von Wellenlänge als die Wellenlänge
des Detektionslichts. Folglich kann die Brennpunktposition des Detektionslichts
auf oder nahe der Oberfläche des Werkstücks unabhängig
von der Dicke des Werkstücks und den Bearbeitungsbedingungen
eingestellt werden. Als eine Folge kann die Oberflächenverschiebung
des Werkstücks selbst während des Laserbearbeitens
gemessen werden, und die Brennpunktposition des Laserstrahls kann
daher in Echtzeit korrigiert werden. Bevorzugt wählt die
Wellenlängenauswahlsektion die Wellenlänge von
auf oder in der Nähe von der Oberfläche des Werkstücks
gemäß der Dicke des Werkstücks und/oder
der Brennpunktposition des Laserstrahls zu fokussierendem Licht aus.
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Bevorzugt
enthält die Laserbearbeitungseinrichtung ferner ein Steuerungsmittel
zum Betreiben des Brennpunktpositions-Einstellungsmittels gemäß dem
Ergebnis der Detektion durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel.
Bevorzugt enthält das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
ferner ein optisches Element zum Einleiten des reflektierten Lichts
in die Detektionssektion, und optische Wege für den Laserstrahl,
das Detektionslicht und das reflektierte Licht, zumindest zwischen
der Fokussierlinse und dem Werkstück, sind koaxial.
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In Übereinstimmung
mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Laserbearbeitungsverfahren
zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Verwenden eines Laserstrahls
zur Verfügung gestellt, enthaltend einen Oberflächenverschiebungs-Detektionsschritt
des Detektierens einer Oberflächenverschiebung des Werkstücks
und einen Bearbeitungsschritt des Anlegens des Laserstrahls auf
das Werkstück als Einstellen der Brennpunktposition des
Laserstrahls gemäß dem Detektionsergebnis des
Oberflächenverschiebungs-Detektionsschritts, wobei der
Oberflächenverschiebungs-Detektionsschritt den Schritt
des Oszillierens von Detektionslicht mit einer von einer Mehrzahl
von Wellenlängen, die von der Wellenlänge des
Laserlichts abweicht, und die ausgewählt ist, so dass das
Detektionslicht an oder in der Nähe von der Oberfläche
des Werkstücks fokussiert wird, enthält.
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In
der vorliegenden Erfindung wird eine der Mehrzahl von Wellenlängen,
die abweichend sind von der Wellenlänge des Laserstrahls
zum Bearbeiten, als die Wellenlänge des Detektionslichts
ausgewählt, so dass die Brennpunktposition des Detektionslichts
an oder in die Nähe von der Oberfläche des Werkstücks
gelegt ist, und wird ausgestrahlt. Daher kann die Oberflächenverschiebung
des Werkstücks während des Laserbearbeitens und
die Brennpunktposition des Laserstrahls in Echtzeit unabhängig
von der Dicke des Werkstücks korrigiert werden.
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Bevorzugt
wird die Wellenlänge des Detektionslichts gemäß der
Dicke des Werkstücks und/oder der Brennpunktposition des
Laserstrahls ausgewählt. Bevorzugt enthält das
Laserbearbeitungsverfahren ferner den Schritt des Berechnens der
Oberflächenverschiebung des Werkstücks aus einer Änderung
in der Lichtmenge von reflektiertem Licht, das an dem Werkstück
durch Anlegen des Detektionslichts auf das Werkstück reflektiert
wird. Bevorzugt sind die Strahlengänge des Laserstrahls,
des Detektionslichts und des reflektierten Lichts teilweise koaxial.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann eine der Mehrzahl von Wellenlängen
des Lichts, das von der Detektionslichtquelle oszilliert werden
kann, als die Wellenlänge des Detektionslichts ausgewählt werden,
und das Detektionslicht mit der ausgewählten Wellenlänge
wird auf das Werkstück angelegt. Folglich kann die Brennpunktposition
des Laserstrahls in Echtzeit unabhängig von der Dicke des Werkstücks
korrigiert werden und das Werkstück kann selbst in dem
Fall genau bearbeitet werden, in dem die Oberflächenverschiebung
in einer Laserstrahlanlegungsregion des Werkstücks nicht
konstant ist.
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Die
obigen und andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung und die Weise, sie zu realisieren, werden
klarer werden, und die Erfindung selbst wird am besten durch ein
Studium der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche
mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die einige bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung zeigen, verstanden werden.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Laserbearbeitungseinrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zeigt, und
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2 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines optischen System
in der Laserbearbeitungseinrichtung, die in 1 gezeigt
ist, zeigt.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben
werden. Es sollte bemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht
auf die folgende bevorzugte Ausführungsform begrenzt ist. 1 ist
eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Laserbearbeitungseinrichtung 1 gemäß der
bevorzugten Ausführungsform zeigt, und 2 ist
ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines optischen Systems
in der Laserbearbeitungseinrichtung 1, die in 1 gezeigt
ist, zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält die Laserbearbeitungseinrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen ein Haltemittel 2 zum
Halten eines Werkstücks 10, ein Bearbeitungsmittel
zum Anlegen eines Laserstrahls an eine vorbestimmte Position auf
dem Werkstück 10, ein Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
zum Detektieren einer Oberflächenverschiebung des Werkstücks 10 und
ein Brennpunktpositions-Einstellungsmittel zum Einstellen der Brennpunktposition
des Laserstrahls, der von dem Bearbeitungsmittel angelegt wird,
gemäß dem Ergebnis der Detektion durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel.
Das Bearbeitungsmittel, das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
und das Brennpunktpositions-Einstellungsmittel sind in einer Laserstrahlanlegungseinheit 3 bereitgestellt,
die oberhalb des Haltemittels 2 angeordnet ist.
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Beispiele
des Werkstücks 10, das durch die Laserbearbeitungseinrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform zu bearbeiten sind, können einen
Halbleiterwafer, ein Klebeband, wie zum Beispiel ein DAF (Plättchenanbringungsfilm,
engl.: ”Die Attach Film”), verschiedene Substrate,
die aus anorganischen Materialien, wie zum Beispiel Glas, Silizium
und Saphir, metallischen Materialien oder Kunststoffmaterialien
gebildet sind, ein Halbleiterproduktpaket und verschiedene Arbeitsmaterialien,
die benötigt werden, um eine Genauigkeit in der Größenordnung
von Mikrometern sicherzustellen, enthalten. Das Werkstück 10 wird
in dem Zustand bearbeitet, wo es durch ein Klebeband 12 an
einem Öffnungsabschnitt eines Ringrahmens 11 gehalten
wird, wobei das Klebeband 12 an der Rückseite
des Werkstücks 10 angebracht ist.
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Das
Haltemittel 2 der Laserbearbeitungseinrichtung 1 enthält
im Wesentlichen eine Halteoberfläche 21 zum darauf
Halten des Werkstücks 10. Das Haltemittel 2 wird
zum Beispiel durch einen Spanntisch zum Halten des Werkstücks 10 unter
Sog, unter Verwendung des Unterdrucks, vorgesehen. Das Haltemittel 2 enthält
ferner, wenn benötigt, eine Mehrzahl von Klemmen 22 zum
entfernbaren Befestigen des Ringrahmens 11.
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Das
Haltemittel 2 ist in einer x-Richtung und einer y-Richtung
senkrecht zu der x-Richtung durch Vorschubmittel beweglich. Genauer
weist dieses Vorschubmittel die folgende Konfiguration auf. Ein
Paar von parallelen Führungsschienen 52a und 52b ist
auf einer Basis 51 vorgesehen, und eine Kugelgewindespindel 53a ist
zwischen den Führungsschienen 52a und 52b parallel
dazu angeordnet. Ein Motor 53b ist an einem Ende der Kugelgewindespindel 53a montiert
und das andere Ende der Kugelgewindespindel 53a wird drehbar
an einem Lagerblock 53c gehalten.
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Ferner
ist ein Gleitblock 54 beweglich an den Führungsschienen 52a und 52b und
der Kugelgewindespindel 53a vorgesehen. Ein Paar von parallelen Führungsschienen 55a und 55b ist
an dem Gleitblock 54 vorgesehen, und eine Kugelgewindespindel 56a ist
zwischen den Führungsschienen 55a und 55b parallel
dazu angeordnet. Ein Motor 56b ist an einem Ende der Kugelgewindeschraube 56a montiert
und das andere Ende der Kugelgewindespindel 56a ist drehbar
an dem Lagerblock 56c gehalten. Ferner ist ein Gleitblock 57 beweglich
and er Führungsschiene 55a und 55b und
der Kugelgewindeschraube 56a vorgesehen. Das Haltemittel 2 ist
an dem Gleitblock 57 vorgesehen.
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Das
Vorschubmittel mit der obigen Konfiguration wird auf die folgende
Weise betrieben. Wenn die Kugelgewindespindel 53a durch
den Motor 53b angetrieben wird, wird der Gleitblock 54 in
der x-Richtung bewegt, wie er durch die Führungsschienen 52a und 52b geführt
wird, wodurch das Haltemittel 2 in der x- Richtung bewegt
wird. Auf der anderen Seite, wenn die Kugelgewindespindel 56a durch
den Motor 56b bewegt wird, wird der Gleitblock 57 in
der y-Richtung bewegt, wie er durch die Führungsschienen 55a und 55b geführt
wird, wodurch das Haltemittel 2 in der y-Richtung bewegt
wird.
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Das
Bearbeitungsmittel wird im Wesentlichen so angeordnet, dass es einen
Laserstrahl auf das Werkstück 10 anlegen kann.
Zum Beispiel ist das Bearbeitungsmittel in der Laserstrahlanlegungseinheit 3,
die oberhalb des Haltemittels 2 angeordnet ist, wie in 2 gezeigt
ist, vorgesehen. Wie in 2 gezeigt ist, enthält
das Bearbeitungsmittel im Wesentlichen einen Oszillator 31 zum
Oszillieren eines Bearbeitungslaserstrahls, einen Totalreflexionsspiegel 32 zum
Verändern der Verlaufsrichtung des Laserstrahls und eine
Fokussierlinse 33 zum Fokussieren des Laserstrahls, wobei
die Fokussierlinse 33 nicht in chromatischer Aberration
korrigiert ist. In diesem Fall wird der Laserstrahl, der von dem
Oszillator 31 oszilliert wird, durch den Totalreflexionsspiegel 32 in
Richtung der Fokussierlinse 33 reflektiert und der Laserstrahl
wird durch die Fokussierlinse 33 in Richtung des Werkstücks 10 fokussiert.
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Der
Oszillator 31 des Bearbeitungsmittels wird gemäß der
Art des Werkstücks 10, der Form der Bearbeitung
etc. passend ausgewählt. Zum Beispiel kann ein YAG-Laser-Oszillator
oder ein YVO4-Laser-Oszillator verwendet werden. Ferner kann eine Mehrzahl
von Spiegeln, statt eines einzigen Totalreflexionsspiegels 32 zwischen
dem Oszillator 31 und der Fokussierlinse 33 vorgesehen
sein. In dieser bevorzugten Ausführungsform ist die Fokussierlinse 33 in
einem Gehäuse 34 eingefasst.
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Das
Brennpunktpositions-Einstellungsmittel in der Laserbearbeitungseinrichtung 1 weist
im Wesentlichen eine Konfiguration auf, so dass es die Brennpunktposition
des Laserstrahls in der Richtung senkrecht zu dem Werkstück 10 in Übereinstimmung mit
dem Ergebnis der Detektion durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
einstellen kann. Das Brennpunktpositions-Einstellungsmittel ist
zum Beispiel durch Montieren eines Aktors 35 auf dem Gehäuse 34 realisiert,
wie in 2 gezeigt ist. Der Aktor 35 kann durch
einen piezoelektrischen Motor vorgesehen sein, der durch ein piezoelektrisches Element
konfiguriert ist, das sich gemäß einem angelegten
Spannungswert axial ausdehnt.
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Das
Brennpunktpositions-Einstellungsmittel kann ferner Führungsschienen
und einen Antriebsmotor zum Bewegen der Laserstrahlanlegungseinheit 3 in
der Richtung senkrecht zu dem Werkstück 10 zusätzlich
zu dem Aktor 35, der oben beschrieben wurde, enthalten.
In dem Fall, dass die ganze Laserstrahlanlegungseinheit 3 beweglich
ist, kann durch den Aktor 35 nach dem Einstellen der Position
der Laserstrahlanlegungseinheit 3 eine Feineinstellung durchgeführt
werden. Folglich kann die Brennpunktposition des Laserstrahls mit
einer hohen Genauigkeit eingestellt werden.
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Das
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel in der Laserbearbeitungseinrichtung 1 der
Ausführungsform enthält im Wesentlichen eine Detektionslichtquelle 41 für
oszillierendes Licht (Detektionslicht) mit einer Wellenlänge,
die auf der Oberfläche des Werkstücks 10 reflektiert,
und eine Detektionssektion 44, die eingerichtet ist, um
eine Veränderung in der Lichtmenge von dem Werkstück 10 reflektierten
Lichts zu messen, wodurch eine Oberflächenverschiebung
des Werkstücks 10 erhalten wird. Die Detektionslichtquelle 41 des
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittels ist im Wesentlichen
dazu geeignet, Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen, die
von der Wellenlänge des Bearbeitungslaserstrahls, der von
dem Oszillator 31 oszilliert wird, abweichen, zu oszillieren.
Zum Beispiel kann ein optischer parametrischer Oszillator für
die Detektionslichtquelle 41 verwendet werden.
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Als
eine Modifikation kann Licht, das von einer Lichtquelle ausgeht,
in spektrale Komponenten durch Verwendung eines Beugungsgitters
oder eines Prismas aufgeteilt werden, um Licht mit einer spezifischen
Wellenlänge zu extrahieren. In diesem Fall kann die Wellenlänge
des Lichts als das detektierende Licht, das auf das Werkstück 10 aufzubringen
ist, durch Einstellen des Einfallswinkels des Lichts, das von der
Lichtquelle ausgeht, auf das Beugungsgitter oder das Prisma willkürlich
geändert werden. Als eine andere Modifikation kann eine
Mehrzahl von Lichtquellen für oszillierendes Licht mit
verschiedenen Wellenlängen vorgesehen sein, und sie können
passend selektiv verwendet werden.
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Das
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel enthält
ferner im Wesentlichen eine Wellenlängenselektionssektion 45 zum
Auswählen einer der Mehrzahl von Wellenlängen
des Detektionslichts. Die Wellenlängenauswahlsektion 45 ist
mit der Detektionslichtquelle 41 verbunden. Als ein Verfahren
zum Auswählen einer der mehreren Wellenlängen
des Detektionslichts können die Brennpunktpositionen des
Detektionslichts mit den mehreren Wellenlängen, wie von
der Fokussierlinse gemessen, vorläufig in einem Nur-Lesespeicher
(ROM) eines Steuerungsmittels gespeichert werden, das hiernach zu
beschreiben ist, und eine geeignete Wellenlänge kann aus den
mehreren Wellenlängen des Detektionslichts gemäß einer
Information, wie zum Beispiel der Dicke des Werkstücks 10 und
der eingestellten Position des Brennpunkts des Bearbeitungslaserstrahls
ausgewählt werden.
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Durch
Verändern der Wellenlänge von Licht, das aus der
Detektionslichtquelle 41 gelangt, wird der Brechungsindex
in der Fokussierlinse 33 verändert, und die Brennpunktposition
des Detektionslichts wird daher verändert. Folglich kann
die Brennpunktposition des Detektionslichts durch beliebiges Auswählen der
Wellenlänge des Detektionslichts gemäß der
Dicke des Werkstücks 10, der Bearbeitungsbedingungen
etc. auf oder in die Nähe von der Oberfläche des Werkstücks 10 unabhängig
von der Dicke des Werkstücks 10 gelegt werden.
Folglich kann die Oberflächenverschiebung des Werkstücks 10 selbst
während des Laserbearbeitens des Werkstücks 10 detektiert
werden, so dass die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls
in Echtzeit korrigiert werden kann.
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Das
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel enthält
ferner im Wesentlichen einen Teiltransmissionsspiegel 42 und
einen Strahlaufteiler 43 zum Einleiten des detektierenden
Lichts mit einer ausgewählten Wellenlänge, das
aus der Detektionslichtquelle 41 gelangt, in die Fokussierlinse 33 und
Einleiten des reflektierten Lichts von dem Werkstück 10 in die
Detektionssektion 44. Genauer wird der Teiltransmissionsspiegel 42 zwischen
den Oszillator 31 und den Totalreflexionsspiegel 32 zwischengeschaltet und
der Strahlaufteiler 43 wird zwischen die Detektionslichtquelle 41 und
den Teiltransmissionsspiegel 42 zwischengeschaltet.
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Der
Teiltransmissionsspiegel 42 weist im Wesentlichen eine
solche Konfiguration auf, dass er den Bearbeitungslaserstrahl transmittieren
kann und das detektierende Licht und das reflektierte Licht reflektieren
kann. Zum Beispiel ein dichromatischer Spiegel kann als der Teiltransmissionsspiegel 42 verwendet
werden. Der Strahlaufteiler 43 weist im Wesentlichen eine
Konfiguration auf, so dass er das detektierende Licht, das von der
Detektionslichtquelle 41 ausgegeben wird, transmittieren
kann, um das detektierende Licht in den Teiltransmissionsspiegel 42 einzuleiten,
und kann das reflektierte Licht, das an dem Teiltransmissionsspiegel 42 reflektiert
wird, reflektieren, um das reflektierte Licht in die Detektionssektion 44 einzuleiten.
Zum Beispiel kann ein Halbspiegel als der Strahlaufteiler 43 verwendet
werden.
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In
dem Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel wird das
detektierende Licht von der Detektionslichtquelle 41 oszilliert
und ein Teil des detektierenden Lichts wird durch den Strahlaufteiler 43 transmittiert.
Das detektierende Licht, das durch den Strahlaufteiler 43 transmittiert
wird, wird an dem Teiltransmissionsspiegel 42 und dem Totalreflexionsspiegel 32 reflektiert
und als nächstes durch die Fokussierlinse 33 fokussiert,
um in das Werkstück 10 zu gelangen. Das Licht
(reflektierte Licht), das an der Oberfläche des Werkstücks 10 reflektiert
wird, wird durch die Fokussierlinse 33 transmittiert, um
in den Totalreflexionsspiegel 32 zu gelangen. Das reflektierte
Licht von dem Werkstück 10 wird als nächstes
an dem Totalreflexionsspiegel 32 und dem Teiltransmissionsspiegel 42 reflektiert,
um in den Strahlaufteiler 43 zu gelangen. Ein Teil des
reflektierten Lichts, das in den Strahlaufteiler 43 gelangt,
wird durch den Strahlaufteiler 43 reflektiert, um in die
Detektionssektion 44 zu gelangen. Auf diese Weise werden
zwischen dem Teiltransmissionsspiegel 42 und dem Werkstück 10 ein
Strahlengang für den bearbeitenden Laserstrahl, ein Strahlengang
für das detektierende Licht und ein Strahlengang für
das reflektierte Licht koaxial angeordnet. Folglich kann die Konfiguration
der Laserbearbeitungseinrichtung 1 einfach gemacht werden
und das optische System kann kompakt gemacht werden.
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Die
Detektionssektion 44 enthält einen Strahlaufteiler 441,
wie zum Beispiel einen Halbspiegel, zum Aufteilen des reflektierten
Lichts von dem Werkstück 10 in einen reflektierten
Strahl und einen Transmissionsstrahl mit einem frei wählbaren
Verhältnis, einen ersten Photodetektor 442a zum
Detektieren des Reflexionsstrahls von dem Strahlaufteiler 441,
einen zweiten Photodetektor 442b zum Detektieren des Transmissionsstrahls
von dem Strahlaufteiler 441, eine Fokussierlinse 443 zum
Fokussieren des Reflexionsstrahls von dem Strahlaufteiler 441 in Richtung
des ersten Photodetektors 442a, eine zylindrische Linse 444 zum
linearen Fokussieren des Transmissionsstrahls von dem Strahlaufteiler 441 in Richtung
des zweiten Photodetektors 442b und eine eindimensionale
Maske 445 zum Beschränken des Transmissionsstrahls,
der durch die zylindrische Linse 444 linear auf eine Einheitslänge
fokussiert wird.
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Das
reflektierte Licht, das durch den ersten Photodetektor 442a detektiert
wird, wird fast 100% durch die Fokussierlinse 443 fokussiert,
so dass die durch den ersten Photodetektor 442a detektierte Lichtmenge
konstant ist. Auf der anderen Seite wird das reflektierte Licht,
das durch den zweiten Photodetektor 442 zu detektieren
ist, linear durch die zylindrische Linse 444 fokussiert
und danach durch die eindimensionale Maske 445 auf eine
vorbestimmte Einheitslänge beschränkt. Folglich
variiert die durch den zweiten Photodetektor 442b detektierte
Lichtmenge gemäß dem Abstand von der Fokussierlinse 33 zu
dem Werkstück 10, d. h. gemäß der
Oberflächenverschiebung des Werkstücks 10.
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In
der Laserbearbeitungseinrichtung 1 werden ein Spannungssignal
entsprechend der durch den ersten Photodetektor 442a detektierten
Lichtmenge und ein Spannungssignal entsprechend der durch den zweiten
Photodetektor 442b detektierten Lichtmenge an das Steuerungsmittel
ausgegeben, das hiernach zu beschreiben ist. Dann betreibt das Steuerungsmittel
das Brennpunktpositions-Einstellungsmittel gemäß den
Spannungswerten, die von dem ersten und zweiten Photodetektor 442a und 442b ausgegeben
wurden, wodurch die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls
eingestellt wird. Die Konfiguration der Detektionssektion 44 ist nicht
auf die in 2 gezeigte beschränkt,
solange sie die Oberflächenverschiebung des Werkstücks 10 detektieren
kann.
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Das
Steuerungsmittel in der Laserbearbeitungseinrichtung 1 wird
durch einen Computer gebildet, der eine zentrale Bearbeitungseinheit
(CPU) zum Durchführen von Berechnungen gemäß einem Steuerungsprogramm,
einen Nur-Lesespeicher (ROM), der vorläufig das Steuerungsprogramm
etc. speichert, einen Schreibe-Lese-Speicher (RAM) zum Speichern
von Berechnungsergebnissen etc., ein Eingabeinterface zum Eingeben
eines Ausgabesignals von der Detektionssektion 44 und ein
Ausgabeinterface zum Ausgeben eines Betriebssignals an den Aktor 35 beinhaltet.
Das Steuerungsmittel betreibt den Aktor 35 gemäß den
Spannungssignalen, die von der Detektionssektion 44 ausgegeben
werden, um dadurch die Position der Fokussierlinse 33 einzustellen.
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Die
Laserbearbeitungseinrichtung 1 enthält ferner
ein Abbildungsmittel 4 zum Durchführen einer Ausrichtungsoperation.
Das Abbildungsmittel 4 ist oberhalb des Haltemittels 2 angeordnet.
Eine Gegenstandsfläche des Werkstücks 10,
das durch einen Laser zu bearbeiten ist, wird durch das Abbildungsmittel 4 detektiert.
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Es
wird nun der Betrieb der Laserbearbeitungseinrichtung 1 beschrieben,
d. h. ein Verfahren des Bearbeitens des Werkstücks 10 durch
Verwenden der Laserbearbeitungseinrichtung 1. In dem Laserbearbeitungsverfahren
gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform
wird das zu bearbeitende Werkstück 10 zuerst durch
das Klebeband 12 an dem Öffnungsabschnitt des
Ringrahmens 11 gehalten, wie in 1 gezeigt
ist. Zu dieser Zeit wird das Klebeband 12 an der Rückseite
des Werkstücks 10 angebracht. In diesem gehaltenen
Zustand wird das Werkstück 10 an dem Haltemittel 2 angeordnet
und der Ringrahmen 11 wird durch die Klemmen 22 befestigt.
Darüber hinaus wird das Werkstück 10 and
der Halteoberfläche 21 unter Sog gehalten.
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Danach
wird das Bearbeitungsmittel betrieben, einen Bearbeitungslaserstrahl
mit einer vorbestimmten Wellenlänge entlang jeder Teilungslinie
auf das Werkstück 10 anzulegen. Beispielsweise
in dem Fall, dass das Werkstück 10 ein Halbleiterwafer
mit einem Siliziumsubstrat ist und eine modifizierte Schicht innerhalb
des Werkstücks 10 durch den Bearbeitungslaserstrahl
zu bilden ist, wird ein gepulster Laserstrahl mit einer Wellenlänge
von 1064 nm auf das Werkstück 10 angelegt. Zur
selben Zeit misst das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
die Oberflächenverschiebung einer Gegenstandsfläche, auf
die der Bearbeitungslaserstrahl angelegt wird, d. h. die Oberflächenverschiebung
von jeder Teilungslinie, und das Steuerungsmittel betreibt das Brennpunktpositions-Einstellungsmittel
gemäß dem Ergebnis der Messung durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel,
wodurch die Brennpunktposition des Laserstrahls in der Richtung
entlang der Dicke des Werkstücks 10 korrigiert
wird.
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Genauer
wird der Laserstrahl, wenn ein Bearbeitungslaserstrahl mit einer
vorbestimmten Wellenlänge von dem Oszillator 31 oszilliert
wird, durch den Teiltransmissionsspiegel 42 transmittiert
und danach an dem Totalreflexionsspiegel 32 reflektiert,
um in die Fokussierlinse 33 zu treten. Der Laserstrahl wird
durch die Fokussierlinse 33 fokussiert, um in das Werkstück 10 einzutreten.
Auf der anderen Seite wird detektierendes Licht mit einer Wellenlänge,
die durch die Wellenlängenauswahlsektion 45 ausgewählt
wurde und von der Wellenlänge des Bearbeitungslaserstrahls
abweicht, von der Detektionslichtquelle 41 emittiert. Das
Detektionslicht, das von der Detektionslichtquelle 41 emittiert
wurde, wird teilweise durch den Strahlaufteiler 43 transmittiert
und danach an dem Teiltransmissionsspiegel 42 und dem Totalreflexionsspiegel 32 reflektiert,
um in die Fokussierlinse 33 zu gelangen. Das detektierende
Licht wird durch die Fokussierlinse 33 fokussiert, um in
das Werkstück 10 einzutreten.
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Die
Position der Fokussierlinse 33 wird gemäß der
Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls ausgewählt.
Folglich wird die Wellenlänge des Detektionslichts ausgewählt,
so dass das detektierende Licht auf oder in der Nähe von
der Oberfläche des Werkstücks 10 durch
die Fokussierlinse 33 fokussiert wird, die an diese vorbestimmte
Position gesetzt ist.
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Die
Wellenlänge des detektierenden Lichts kann gemäß der
Information, die in dem ROM des Steuerungsmittels gespeichert ist,
ausgewählt werden. Als eine Modifikation wird die Fokussierlinse 33 zuerst
an der vorbestimmten Position, die gemäß der Brennpunktposition
des Bearbeitungslaserstrahls ausgewählt wurde, eingestellt.
Vor dem Anlegen des Bearbeitungslaserstrahls wird nur das Detektionslicht auf
das Werkstück 10 angelegt, um eine geeignete Wellenlänge
auszuwählen. Genauer wird das Detektionslicht vor dem Beginnen
der Laserbearbeitung als Variieren der Wellenlänge des
Detektionslichts von einer kurzen Wellenlänge zu einer
langen Wellenlänge auf das Werkstück 10 angelegt,
und ein Spannungswert V1, der von dem ersten Photodetektor 442a ausgegeben
wird, und ein Spannungswert V2, der von dem zweiten Photodetektor 442b ausgegeben
wird, werden gemessen. Wenn das Verhältnis (V1/V2) zwischen
dem Spannungswert V1 und dem Spannungswert V2 ein Wert entsprechend
dem Fall ist, in dem das detektierende Licht in der Nähe
der Oberfläche des Werkstücks 10 fokussiert
wird, wird die Wellenlänge des detektierenden Lichts in
diesem Fall als eine geeignete Wellenlänge ausgewählt. Folglich
ist es unnötig, die Brennpunktpositionen des detektierenden
Lichts mit verschiedenen Wellenlängen in dem ROM des Steuerungsmittels
vorläufig zu speichern.
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Das
detektierende Licht, das auf das Werkstück 10 angelegt
wird, wird an der Oberfläche des Werkstücks 10 reflektiert.
Das von dem Werkstück 10 reflektierte Licht wird
durch die Fokussierlinse 33 transmittiert und danach an
dem Totalreflexionsspiegel 32 und dem Teiltransmissionsspiegel 42 reflektiert.
Danach wird das reflektierte Licht teilweise durch den Strahlaufteiler 43 reflektiert,
um in die Detektionssektion 44 zu gelangen. Das reflektierte
Licht wird dann in einen reflektierten Strahl und einen transmittierten Strahl
durch den Strahlaufteiler 441 in der Detektionssektion 44 aufgeteilt.
Der Reflexionsstrahl von dem Strahlaufteiler 441 wird durch
die Fokussierlinse 443 in der Detektionssektion 44 fokussiert,
um in den ersten Photodetektor 442a zu gelangen. Auf der
anderen Seite wird der Transmissionsstrahl von dem Strahlaufteiler 441 durch
die zylindrische Linse 444 linear fokussiert und durch
eine eindimensionale Maske 445 auf eine vorbestimmte Einheitslänge
beschränkt, um in den zweiten Photodetektor 442b zu
gelangen.
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Der
erste und zweite Photodetektor 442a und 442b detektieren
die Lichtmengen von den zwei Strahlen von dem Strahlaufteiler 441 und
geben die Spannungssignale an das Steuerungsmittel aus, die den
detektierten Lichtmengen entsprechen. Das Steuerungsmittel berechnet
eine Oberflächenverschiebung des Werkstücks 10 aus
dem Verhältnis (V1/V2) zwischen dem Spannungswert V1, der
von dem ersten Photodetektor 442a ausgegeben wird, und
einem Spannungswert V2, der von dem zweiten Photodetektor 442b ausgegeben
wird, und stellt einen Spannungswert ein, der an den Aktor 35 als
das Brennpunktpositons-Einstellungsmittel gemäß der Oberflächenverschiebung,
die oben berechnet wurde, anzulegen ist. Als eine Folge wird der
Aktor 35 ausgedehnt oder zusammengezogen, um dadurch die
Fokussierlinse 33 um ein vorbestimmtes Maß in der
Richtung senkrecht zu dem Werkstück 10 zu bewegen,
wodurch die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls eingestellt
wird.
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In
der Laserbearbeitungseinrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform wird die Oberflächenverschiebung
des Werkstücks 10 durch das Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel
gemessen und die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls
wird gemäß dem Ergebnis der Messung durch das
Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittel eingestellt.
Folglich kann die Bearbeitungsposition konstant gemacht werden,
selbst wenn das Werkstück 10 eine Wölbung oder
Welligkeit auf der Oberfläche aufweist. Als ein Ergebnis
kann jedes Werkstück genau bearbeitet werden.
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Ferner
kann die Detektionslichtquelle 41 des Oberflächenverschiebungs-Detektionsmittels
Licht mit einer Mehrzahl von Wellenlängen oszillieren und die
Wellenlängenselektionssektion 45 kann eine der mehreren
Wellenlängen als die Wellenlänge des Detektionslichts
gemäß der Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls
(der Position der Fokussierlinse 33) und der Dicke des
Werkstücks 10 auswählen. Folglich kann
die Brennpunktposition des detektierenden Lichts an oder in der
Nähe von der Oberfläche des Werkstücks 10 unabhängig
von der Dicke des Werkstücks 10 und den Bearbeitungsbedingungen
eingestellt werden. Als ein Ergebnis kann die Oberflächenverschiebung
des Werkstücks 10 während des Laserbearbeitens
detektiert werden und die Brennpunktposition des Laserstrahls kann
in Echtzeit korrigiert werden, selbst wenn die Dicke des Werkstücks 10 groß ist
und die Brennpunktposition des Bearbeitungslaserstrahls in die Nähe
der Oberfläche des Werkstücks 10 auf
der Rückseite davon gelegt wird.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Details der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsform beschränkt. Der Schutzbereich
der Erfindung wird definiert durch die beigefügten Ansprüche
und alle Veränderungen und Modifikationen, die in die Äquivalenz
des Schutzbereichs der Ansprüche fallen, werden daher durch
die Erfindung umfasst.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 10-305420 [0003, 0003]
- - JP 3408805 [0003, 0004]
- - JP 2007-152355 [0005, 0006, 0006, 0007]
- - JP 2008-16577 [0005, 0006, 0006, 0007]