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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine Laserbearbeitungsvorrichtung
zum Bearbeiten eines Werkstücks, wie zum Beispiel eines
Halbleiterwafers, durch Verwendung eines Laserstrahls und spezieller
eine Technik zum Korrigieren der Fokusposition des Laserstrahls.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Bei
einem Halbleiterbauelement-Herstellungsvorgang werden mehrere Schaltungen,
wie zum Beispiel ICs (Integrierte Schaltungen) und LSIs (Hochintegrierte
Schaltkreise) wie eine Matrix an der Oberfläche eines im
Wesentlichen scheibenförmigen Halbleiterwafers ausgebildet
und wird dieser so mit den mehreren Schaltungen ausgebildete Wafer
als nächstes entlang mehrerer sich kreuzender Straßen (Trennlinien)
geschnitten, um dadurch die mehreren Schaltungen voneinander als
Chips zu trennen. Außerdem wird bei einem Herstellungsvorgang
für optische Bauelemente, wie zum Beispiel lichtemittierende
Dioden und Laserdioden, die weitverbreitet in elektrischen Geräten
verwendet werden, ein Galliumnitrid-Verbindungshalbleiter oder dergleichen
an der Oberfläche eines Substrats, wie zum Beispiel eines Saphirsubstrats,
ausgebildet, um einen Wafer für optische Bauelemente zu
erhalten, und dieser Wafer als nächstes entlang mehrerer
Trennlinien geschnitten, um einzelne optische Bauelemente voneinander
als Chips zu trennen.
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Das
Schneiden (Zerteilen) solcher verschiedener Wafer wird durch Verwendung
einer Schneidevorrichtung, die als Zerteiler (Dicer) bezeichnet
wird, durchgeführt. Als ein weiteres Verfahren wurde kürzlich
ein Verfahren zum Schneiden eines Werkstücks, wie zum Beispiel
eines Halbleiterwafers, durch Verwendung eines Laserstrahls entwickelt
(siehe zum Beispiel das offengelegte
japanische Patent Nr. Hei 10-305420 und
das
japanische Patent Nr. 3408805 ). Das
offengelegte
japanische Patent
Nr. Hei 10-305420 offenbart ein Laserbearbeitungsverfahren,
bei dem ein Laserstrahl auf ein aus einem Einzelkristalloxid ausgebildetes
Werkstück aufgebracht wird, um die Moleküle des
Einzelkristalloxids durch eine photochemische Reaktion zu trennen
und zu verdampfen, wodurch eine Kerbe an einer vorgegebenen Position
an dem Werkstück ausgebildet wird. Dann wird das Werkstück
entlang dieser Kerbe geteilt.
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Das
japanische Patent Nr. 3408805 offenbart ein
Laserschneideverfahren, bei dem ein gepulster Laserstrahl mit einer
Transmissionswellenlänge eines Werkstücks auf
das Werkstück in dem Zustand aufgebracht wird, in dem die
Fokusposition des Laserstrahls innerhalb des Werkstücks
festgelegt ist, wodurch eine modifizierte Schicht entlang jeder Trennlinie
ausgebildet wird. Diese modifizierte Schicht weist eine geringere
Festigkeit als der übrige Bereich des Werkstücks
auf. Dementsprechend wird das Werkstück durch Aufbringen
einer äußeren Kraft entlang jeder Trennlinie auf
eine solche Weise entlang jeder Trennlinie geteilt, dass die Teilung
an der modifizierten Schicht beginnt.
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Bei
manchen zu bearbeitenden Werkstücken besteht die Möglichkeit,
dass ein Verziehen oder eine Welligkeit auftreten kann oder die
Oberfläche des Werkstücks nicht flach wird, wodurch
die Erzeugung von Rauheit während der Vorgangsschritte
vor einem Zerteilungsschritt bewirkt wird. In dem Fall der Bearbeitung
solch eines Werkstücks ist die Oberflächenversetzung
einer Subjektoberfläche des Werkstücks nicht konstant,
so dass die Fokusposition des Laserstrahls in einer Richtung entlang
der Dicke des Werkstücks variiert, wodurch eine Verringerung
der Bearbeitungsgenauigkeit bewirkt wird. Bei dem wie oben beschriebenen
Laserbearbeitungsverfahren zum Ausbilden einer modifizierten Schicht
innerhalb des Werkstücks ist der Einfluss des Verziehens,
der Welligkeit und der Rauhigkeit des Werkstücks besonders ausgeprägt.
Um dieses Problem zu bewältigen, wurde eine Laserbearbeitungsvorrichtung
vorgeschlagen, die ein Mittel zum Messen der Oberflächenversetzung
in einem Laserstrahlaufbringungsbereich des Werkstücks,
ein Mittel zum Einstellen der Fokusposition eines Laserstrahls in
einer Richtung entlang der Dicke des Werkstücks gemäß dem
Ergebnis der Messung durch das obige Messmittel und ein Mittel zum
Aufbringen des Laserstrahls auf das Werkstück beinhaltet
(siehe zum Beispiel das offengelegte
japanische Patent Nr. 2007-152355 und
das offengelegte
japanische
Patent Nr. 2008-16577 ).
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Ferner
wurde auch eine Laserbearbeitungsvorrichtung vorgeschlagen, die
einen Schwingspulenmotor mit einem Hochgeschwindigkeits-Ansprechverhalten
verwendet, um die Fokusposition eines Laserstrahls einzustellen
(siehe zum Beispiel das offengelegte
japanische Patent Nr. 2008-68308 ). Bei
der in dem offengelegten
japanischen
Patent Nr. 2008-68308 beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung
ist ein Magnet in einen Halteabschnitt zum Halten einer Fokussierungslinse
eingebaut und eine Spule in einem Gehäuse vorgesehen, das
den Magnet umgibt, wobei der Halteabschnitt durch Verwendung einer
Antriebskraft der Spule bewegt wird, wodurch die Position der Fokussierungslinse
eingestellt wird.
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Jedoch
weisen diese konventionellen Laserbearbeitungsvorrichtungen die
folgenden Probleme auf.
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Bei
den in den oben erwähnten offengelegten
japanischen Patenten Nr. 2007-152355 und
2008-16577 beschriebenen
Laserbearbeitungsvorrichtungen wird ein Aktuator, der ein piezoelektrisches
Element verwendet, verwendet, um die Fokusposition des Laserstrahls
einzustellen. Im Allgemeinen weist solch ein Aktuator ein Problem
dahingehend auf, dass ein bewegbarer Teil über eine kurze Strecke
laufen kann und der einstellbare Bereich der Fokusposition deshalb
eng ist. Andererseits wird bei der in dem oben erwähnten
offengelegten
japanischen
Patent Nr. 2008-68308 beschriebenen Laserbearbeitungsvorrichtung
ein Kugellager in dem Schwingspulenmotor verwendet. Dementsprechend wird
ein Haftreibungswiderstand zwischen dem bewegbaren Teil und dem
Kugellager in dem Schwingspulenmotor erzeugt, wodurch eine Verringerung
der Ansprechgeschwindigkeit bewirkt wird. Diese Laserbearbeitungsvorrichtung
weist ein weiteres Problem dahingehend auf, dass ein Übersteuern
in dem Fall auftritt, dass der Bewegungsbereich des bewegbaren Teils
Hunderte von Mikrometern oder weniger, insbesondere 200 μm
oder weniger, beträgt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Laserbearbeitungsvorrichtung
bereitzustellen, welche die Fokusposition eines Laserstrahls bei
einer hohen Geschwindigkeit in einem breiten Bereich einstellen
kann.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Laserbearbeitungsvorrichtung
bereitgestellt, die ein Haltemittel zum Halten eines zu bearbeitenden
Werkstücks und ein Bearbeitungsmittel zum Aufbringen eines
Laserstrahls auf das durch das Haltemittel gehaltene Werkstück
aufweist, wobei das Bearbeitungsmittel beinhaltet: einen Oszillator zum
Oszillieren des Laserstrahls; eine Fokussierungslinse zum Fokussieren
des durch den Oszillator oszillierten Laserstrahls in Richtung auf
das Werkstück; einen bewegbaren Abschnitt zum Halten der Fokussierungslinse
und Bewegen der Fokussierungslinse in einer Richtung senkrecht zu
dem Werkstück; einen ortsfesten Abschnitt mit einem Gaslagerabschnitt
zum Halten des bewegbaren Abschnitts durch Verwendung eines Gases,
wobei der ortsfeste Abschnitt und der bewegbare Abschnitt einen Schwingspulenmotor
bilden; und ein Halteelement zum Halten des bewegbaren Abschnitts
von der unteren Seite durch Verwenden einer magnetischen Abstoßwirkung.
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Bei
der vorliegenden Erfindung bilden der bewegbare Abschnitt und der
ortsfeste Abschnitt einen Schwingspulenmotor und wird die Position
der Fokussierungslinse durch eine magnetische Anziehungs/Abstoßungs-Kraft
eingestellt, die zwischen einem durch einen durch eine Spule fließenden
Strom erzeugten magnetischen Feld und einem durch einen Magneten
erzeugten magnetischen Feld erzeugt wird. Dementsprechend können
ein Hochgeschwindigkeitsansprechen und eine Vergrößerung
des Bewegungsbereichs des bewegbaren Abschnitts verwirklicht werden.
Ferner wird der bewegbare Abschnitt zum Halten der Fokussierungslinse
durch ein Gaslager gehalten, wodurch ein Haftreibungswiderstand
verringert wird. Als Folge kann eine Feineinstellung der Fokusposition
des Laserstrahls erreicht werden, um dadurch die Genauigkeit der
Korrektur der Fokusposition zu verbessern.
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Vorzugsweise
beinhaltet der bewegbare Abschnitt einen Permanentmagneten und beinhaltet
der ortsfeste Abschnitt einen Spulenabschnitt zum Antreiben des
bewegbaren Abschnitts. Bei diesem Aufbau ist keine mit dem bewegbaren
Abschnitt zu verbindende Verkabelung erforderlich, so dass keine
unbeabsichtigte Kraft auf den bewegbaren Abschnitt ausgeübt
wird. Besser noch beinhaltet der bewegbare Abschnitt ein aus einem
ringförmigen Permanentmagneten ausgebildetes Linsenhalteelement
zum Halten der Fokussierungslinse, ein Paar von durch den Gaslagerabschnitt
gehaltenen Stabelementen und ein Verbindungselement zum Verbinden
des Linsenhalteelements und der Stabelemente, wobei der Spulenabschnitt
so angeordnet ist, dass er das Linsenhalteelement umgibt. Vorzugsweise
beträgt der Bewegungsbereich des bewegbaren Abschnitts
200 μm oder weniger.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Schwingspulenmotor für
den Positionseinstellmechanismus zum Einstellen der Position der
Fokussierungslinse verwendet und der bewegbare Abschnitt des Schwingspulenmotors
durch ein Gaslager gehalten. Dementsprechend kann die Fokusposition
des Laserstrahls bei einer hohen Geschwindigkeit in einem breiten
Bereich eingestellt werden.
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Die
obigen und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung und die Art und Weise, diese zu verwirklichen, werden
offenkundiger werden und die Erfindung selbst wird am besten verstanden
werden, indem die folgende Beschreibung und die angefügten
Ansprüche mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen,
die einige bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zeigen,
studiert werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung, die den Aufbau einer Laserbearbeitungsvorrichtung
gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Einzelteildarstellung, die den Aufbau eines
Fokuspositionseinstellmechanismus in der in 1 gezeigten
Laserbearbeitungsvorrichtung zeigt;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen ortsfesten Abschnitt des
in 2 gezeigten Fokuspositionseinstellmechanismus
zeigt;
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen bewegbaren Abschnitt des
in 2 gezeigten Fokuspositionseinstellmechanismus
zeigt;
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Betrieb des in 2 gezeigten
Fokuspositionseinstellmechanismus zeigt; und
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6 ist
eine Schnittdarstellung, die den Betrieb des in 2 gezeigten
Fokuspositionseinstellmechanismus zeigt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine
bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird
nun mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die folgende bevorzugte Ausführungsform beschränkt
ist. 1 ist eine schematische Darstellung, die den Aufbau
einer Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der
bevorzugten Ausführungsform zeigt. 2 ist eine
perspektivische Einzelteildarstellung, die den Aufbau eines Fokuspositionseinstellmechanismus
in der in 1 gezeigten Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zeigt. 3 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen ortsfesten Abschnitt des
in 2 gezeigten Fokuspositionseinstellmechanismus
zeigt, und 4 ist eine perspektivische Ansicht,
die einen bewegbaren Abschnitt des in 2 gezeigten
Fokuspositionseinstellmechanismus zeigt.
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Wie
in 1 gezeigt, beinhaltet die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß der
bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen ein Haltemittel 2 zum
Halten eines Werkstücks und ein Bearbeitungsmittel 3 zum
Aufbringen eines Laserstrahls auf eine vorgegebene Position an dem
Werkstück. Das Haltemittel 2 der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 beinhaltet
im Wesentlichen eine Halteoberfläche 21 zum Halten
des Werkstücks darauf. Zum Beispiel ist das Haltemittel 2 als
ein Einspanntisch zum Halten des Werkstücks durch Ansaugen
vorgesehen. Das Haltemittel 2 beinhaltet ferner mehrere
Klemmen 22 zum lösbaren Befestigen eines Ringrahmens
(nicht gezeigt), der das Werkstück wie erforderlich hält.
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Das
Haltemittel 2 ist in einer X-Richtung und einer Y-Richtung
senkrecht zu der X-Richtung durch ein Zuführmittel bewegbar.
Spezieller weist dieses Zuführmittel den folgenden Aufbau
auf. Ein Paar paralleler Führungsschienen 52a und 52b ist
an einer Basis 51 vorgesehen und eine Kugelgewindespindel 53a ist
zwischen den Führungsschienen 52a und 52b parallel
zu diesen angeordnet. Ein Motor 53b ist an einem Ende der
Kugelgewindespindel 53a angebracht und das andere Ende
der Kugelgewindespindel 53a ist an einem Lagerblock 53c drehbar
gehalten.
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Ferner
ist ein Schiebeblock 54 bewegbar an den Führungsschienen 52a und 52b und
der Kugelgewindespindel 53a vorgesehen. Ein Paar paralleler Führungsschienen 55a und 55b ist
an dem Schiebeblock 54 vorgesehen und eine Kugelgewindespindel 56a ist
zwischen den Führungsschienen 55a und 55b parallel
zu diesen angeordnet. Ein Motor 56b ist an einem Ende der
Kugelgewindespindel 56a angebracht und das andere Ende
der Kugelgewindespindel 56a ist drehbar an einem Lagerblock 56c gehalten.
Ferner ist ein Schiebeblock 57 bewegbar an den Führungsschienen 55a und 55b und
der Kugelgewindespindel 56a vorgesehen. Das Haltemittel 2 ist
an dem Schiebeblock 57 vorgesehen.
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Das
Zuführmittel mit dem obigen Aufbau wird auf die folgende
Weise betätigt. Wenn die Kugelgewindespindel 53a durch
den Motor 53b angetrieben wird, wird der Schiebeblock 54 unter
Führung durch die Führungsschienen 52a und 52b in
der X-Richtung bewegt, wodurch das Haltemittel 2 in der
X-Richtung bewegt wird. Andererseits wird, wenn die Kugelgewindespindel 56a durch
den Motor 56b angetrieben wird, der Schiebeblock 57 unter
Führung durch die Führungsschienen 55a und 55b in
der Y-Richtung bewegt, wodurch das Haltemittel 2 in der
Y-Richtung bewegt wird.
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Das
Bearbeitungsmittel 3 beinhaltet im Wesentlichen einen Oszillator
(nicht gezeigt) zum Oszillieren eines Bearbeitungslaserstrahls,
eine Fokussierungslinse 31 (in 2 gezeigt)
zum Fokussieren des durch den Oszillator oszillierten Laserstrahls
auf das Werkstück und einen Mechanismus (Fokuspositionseinstellmechanismus 30)
zum Einstellen der Fokusposition des durch die Fokussierungslinse
fokussierten Laserstrahls. Der Oszillator des Bearbeitungsmittels 3 wird
gemäß der Art des Werkstücks, der Art
der Bearbeitung usw. geeignet gewählt. Zum Beispiel kann
ein YAG-Laseroszillator oder ein YVO4-Laseroszillator verwendet
werden. Das Bearbeitungsmittel 3 in der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 kann
ferner einen oder mehrere zwischen dem Oszillator und der Fokussierungslinse
vorgesehene Spiegel zum Andern der Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls
beinhalten.
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Wie
in 2 bis 4 gezeigt ist, besteht der Fokuspositionseinstellmechanismus 30 aus
einem bewegbaren Abschnitt 32, einem ortsfesten Abschnitt 33 und
einem Paar von Haltelementen 34 zum Halten des bewegbaren
Abschnitts 32 von dessen unterer Seite aus. Die Fokussierungslinse 31 wird
an dem bewegbaren Abschnitt 32 gehalten. Der bewegbare
Abschnitt 32 des Fokuspositionseinstellmechanismus 30 beinhaltet
im Wesentlichen einen Permanentmagneten und ist geeignet, die Fokussierungslinse 31 zu
halten. Zum Beispiel besteht der bewegbare Abschnitt 32,
wie in 4 gezeigt ist, aus einem aus einem ringförmigen
Permanentmagneten gebildeten Linsenhalteelement 321, einem
Paar von Stabelementen 322a und 322b und einem
Paar von Verbindungselementen 323a und 323b zum
Verbinden des Linsenhalteelements 321 und der Stabelemente 322a und 322b.
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Die
Fokussierungslinse 31 ist innerhalb des Linsenhalteelements 321 angeordnet.
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Der
ortsfeste Abschnitt 33 beinhaltet im Wesentlichen einen
Spulenabschnitt 331 zum Bewegen des bewegbaren Abschnitts 32 in
einer Richtung senkrecht zu dem Werkstück und ein Paar
von Gaslagerabschnitten 332a und 332b zum Halten
des bewegbaren Abschnitts 32 durch Verwendung eines Gases.
Zum Beispiel ist, falls der bewegbare Abschnitt 32 wie
in 4 gezeigt aufgebaut ist, der ortsfeste Abschnitt 33 wie
in 3 gezeigt aufgebaut. Das heißt der Spulenabschnitt 331 des
ortsfesten Abschnitts 33 weist eine zylindrische Form auf,
die geeignet ist, das Linsenhalteelement 321 des bewegbaren
Abschnitts 32 zu umgeben, da sie einen inneren Durchmesser
aufweist, der größer als der äußere Durchmesser
des Linsenhaltelements 321 ist. Ferner sind der Spulenabschnitt 331 und
die Gaslagerabschnitte 332a und 332b miteinander
durch ein Paar von Verbindungselementen 333a und 333b integriert. In
diesem Fall ist der Spulenabschnitt 331 so angeordnet,
dass er das Linsenhalteelement 321 umgibt.
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Bei
der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform funktionieren das Linsenhalteelement 321 und
der Spulenabschnitt 331 zusammenwirkend als ein Schwingspulenmotor.
Dementsprechend wird der bewegbare Abschnitt 32 in einer
Richtung senkrecht zu dem Werkstück zum Beispiel innerhalb
eines Bereichs von 200 μm oder weniger bewegt, wodurch
die Fokusposition des Laserstrahls eingestellt wird. Das Linsenhalteelement 321 wird über
dessen Umfang durch den Spulenabschnitt 331 gehalten, so
dass keine Momente in der X- und der Y-Richtung auf das Linsenhalteelement 321 ausgeübt
werden, wodurch der Betrieb des Linsenhalteelements 321 stabilisiert wird.
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Die
Halteelemente 34 weisen im Wesentlichen einen Aufbau auf,
der geeignet ist, den bewegbaren Abschnitt 32 von dessen
unterer Seite aus durch Verwendung einer magnetischen Abstoßwirkung
zu halten. Zum Beispiel ist, wie in 2 bis 4 gezeigt
ist, ein Paar von Permanentmagneten 341 und 342 mit
den gleichen Polen an dem Verbindungselement 323a des bewegbaren
Abschnitts 32 und dem Verbindungselement 333a des
ortsfesten Abschnitts 33 so angebracht, dass diese einander gegenüberliegen.
Auf ähnliche Weise ist ein Paar von Permanentmagneten 341 und 342 mit
den gleichen Polen an dem Verbindungselement 323b des bewegbaren
Abschnitts 32 und dem Verbindungselement 333b des
ortsfesten Abschnitts 33 so angebracht, dass diese einander
gegenüberliegen. Auf diese Weise wird eine magnetische
Abstoßwirkung der Permanentmagneten 341 und 342 mit
den gleichen Polen in jedem Paar des Halteelements 34 genutzt. Dementsprechend
kann, wenn kein Strom durch den Spulenabschnitt 331 fließt
und der Schwingspulenmotor deshalb ausgeschaltet ist, der bewegbare
Abschnitt 32 in einer vorgegebenen Position in einem Schwebezustand
gehalten werden.
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Wenn
der Schwingspulenmotor ausgeschaltet und der bewegbare Abschnitt 32 in
einem Schwebezustand ist, schwingt der bewegbare Abschnitt 32 geringfügig.
Bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform wird ein minimaler Strom zum
Anhalten dieser Schwingung des bewegbaren Abschnitts 32 durch
den Spulenabschnitt 331 geleitet und eine Position, an
der die Schwingung des bewegbaren Abschnitts 32 angehalten
wird, als eine Anfangsposition festgelegt. Dementsprechend kann,
wenn ein Strom durch den Spulenabschnitt 331 geleitet wird,
um den Schwingspulenmotor zu betätigen, der bewegbare Abschnitt 32 um
den gleichen Abstand nach oben und nach unten bewegt werden, indem
der gleiche Strombetrag zugeführt wird, so dass die Steuerung
des bewegbaren Abschnitts 32 ermöglicht werden
kann. Ferner ist kein Strom erforderlich, um den bewegbaren Abschnitt 32 im
Schweben zu halten, und ist es nicht notwendig, die Position des
bewegbaren Abschnitts 32 in dem Stromflusszustand des Spulenabschnitts 331 als
die Anfangsposition festzulegen. Dementsprechend kann der Leistungsverbrauch
verringert und außerdem die Wärmeerzeugung unterdrückt werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform ferner ein Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4 zum
Erfassen einer Oberflächenversetzung des Werkstücks
und ein Steuermittel 5 zum Steuern des Betriebs des Fokuspositionseinstellmechanismus 30 gemäß dem
Ergebnis der Erfassung durch das Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4.
Das Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4 ist
in seinem Aufbau und Erfassungsverfahren nicht beschränkt,
sofern es eine Oberflächenversetzung erfassen kann, die
auf eine Welligkeit oder Rauheit der Oberfläche des Werkstücks
hinweist. Zum Beispiel sind ein Lichtaufbringungsmittel mit einem
Laseroszillator und ein Lichterfassungsmittel, wie zum Beispiel
ein Sensor, oberhalb des Haltemittels 2 vorgesehen, wobei
Licht mit einer Wellenlänge, die von der Oberfläche
des Werkstücks reflektiert wird, durch das Lichtaufbringungsmittel
auf das Werkstück aufgebracht wird und von der Oberfläche
des Werkstücks reflektiertes Licht durch das Lichterfassungsmittel
erfasst wird. In diesem Fall wird die Lichtmenge des reflektierten
Lichts in dem Lichterfassungsmittel gemessen und können Variationen
des Abstands von der Oberfläche des Werkstücks
zu dem Lichterfassungsmittel aus Änderungen des gemessenen
Werts der Lichtmenge des reflektierten Lichts erhalten werden. Das
heißt die Oberflächenversetzung des Werkstücks
kann erhalten werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, ist das Steuermittel 5 als
ein Computer vorgesehen, der einen Prozessor (CPU) zum Durchführen
von Berechnungen gemäß einem Steuerprogramm, einen
Festspeicher (ROM), der vorübergehend das Steuerprogramm
usw. speichert, einen Arbeitsspeicher (RAM) zum Speichern von Berechnungsergebnissen
usw., eine Eingabeschnittstelle zum Eingeben eines Ausgabesignals von
dem Lichterfassungsmittel des Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittels 4 und
eine Ausgabeschnittstelle zum Ausgeben von Betriebssignalen an das
Fokuspositionseinstellmittel 30 des Bearbeitungsmittels 3 und
die Motoren 53b und 56b des Zuführmittels
beinhaltet.
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Nun
wird der Betrieb der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform, das heißt ein Verfahren
zum Bearbeiten des Werkstücks durch Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1,
beschrieben. Beispiele des durch die Laserbearbeitungsvorrichtung 1 zu
bearbeitenden Werkstücks können einen Halbleiterwafer, ein
Klebeband, wie zum Beispiel ein DAF (Rohchip-Befestigungsfilm, Die-Befestigungsfilm),
verschiedene aus anorganischen Materialien, wie zum Beispiel Glas,
Silizium und Saphir, metallischen Materialien oder Kunststoffmaterialien
ausgebildete Substrate, eine Halbleiterproduktpackung und verschiedene
Arbeitsmaterialien beinhalten, die erforderlich sind, um eine Genauigkeit
in der Größenordnung von Mikrometern zu gewährleisten.
Das Werkstück wird in dem Zustand bearbeitet, in dem es durch
ein Klebeband an einem Öffnungsabschnitt des Ringrahmens
gehalten wird, wobei das Klebeband an der Rückseite des
Werkstücks angebracht ist.
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Bei
dem Laserbearbeitungsverfahren unter Verwendung der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform wird das an dem Ringrahmen
gehaltene Werkstück an dem Haltemittel 2 angeordnet.
In diesem Zustand wird der Ringrahmen durch die Klemmen 22 befestigt
und das Werkstück an der Halteoberfläche 21 durch
Ansaugen gehalten. Danach wird das Bearbeitungsmittel 3 betätigt,
um den Bearbeitungslaserstrahl mit einer vorgegebenen Wellenlänge
entlang jeder Trennlinie auf das Werkstück aufzubringen.
Zu diesem Zeitpunkt wird das Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4 betätigt,
um die Oberflächenversetzung in einem Laserstrahlaufbringungsbereich,
das heißt an jeder Trennlinie, zu erfassen und das Steuermittel 5 betätigt,
um den Betrieb des Fokuspositionseinstellmittels 30 gemäß dem
Ergebnis der Erfassung durch das Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4 zu steuern,
wodurch die Fokusposition des Laserstrahls in einer Richtung entlang
der Dicke des Werkstücks eingestellt wird.
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5 ist
eine perspektivische Ansicht, die den Betrieb des Fokuspositionseinstellmechanismus 30 zeigt,
und 6 ist eine Schnittdarstellung, die den Betrieb
des Fokuspositionseinstellmechanismus 30 zeigt. Wie in 5 und 6 gezeigt
ist, wird ein Bearbeitungslaserstrahl 6 durch das Linsenhalteelement 321 entlang
dessen Achse geführt und in Richtung auf das Werkstück
durch die Fokussierungslinse 31 fokussiert. Die Position
des Fokuspunkts 6a des Laserstrahls 6 wird durch
Bewegen des bewegbaren Abschnitts 32 in einer Richtung
senkrecht zu dem Werkstück eingestellt.
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Spezieller
wird das Stromeinstellmittel 7 durch das Steuermittel 5 gemäß dem
Ergebnis der Erfassung durch das Oberflächenversetzungs-Erfassungsmittel 4 betätigt,
wie in 1 gezeigt ist, wodurch der dem Spulenabschnitt 331 zugeführte Strombetrag
geändert wird. Als Folge tritt eine Änderung der
zwischen einem durch einen Stromfluss durch den Spulenabschnitt 331 erzeugten
magnetischen Feld und einem durch den Permanentmagneten, der das
Linsenhalteelement 321 bildet, erzeugten magnetischen Feld
erzeugten magnetischen Anziehungs/Abstoßungs-Kraft auf,
so dass die Position des bewegbaren Abschnitts 32 eingestellt
werden kann. In diesem Fall kann der Bewegungsbereich des bewegbaren
Abschnitts 32 beliebig zum Beispiel innerhalb des Bereichs
von 200 μm oder weniger eingestellt werden.
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Die
Gaslagerabschnitte 332a und 332b enthalten ein
Gas, wie zum Beispiel Luft, bei einem vorgegebenen Druck, um dadurch
die Stabelemente 322a und 322b des bewegbaren
Abschnitts 32 in einer Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung des bewegbaren
Abschnitts 32 zu halten. Daher wird der bewegbare Abschnitt 32 durch
ein Gaslager gehalten, so dass ein Haftreibungswiderstand an dem bewegbaren
Abschnitt 32 auf annähernd Null verringert werden
kann, wodurch das Problem einer Übersteuerung beseitigt
wird. Als Folge kann ein Hochgeschwindigkeitsansprechen erreicht
werden und die Position der Fokussierungslinse 31 deshalb
sogar in dem Fall, dass der Bewegungsbereich des bewegbaren Abschnitts 32 Hunderte
von Mikrometern oder weniger beträgt, genau eingestellt
werden. Zum Beispiel kann eine Positionierungsgenauigkeit von annähernd ±60
nm verwirklicht werden.
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Bei
der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform bilden das Linsenhaltelement 321 und
der Spulenabschnitt 331 einen Schwingspulenmotor und wird
der bewegbare Abschnitt 32 durch eine durch ein magnetisches
Feld und einen Strom in dem Schwingspulenmotor erzeugte Kraft angetrieben,
wodurch die Position der Fokussierungslinse 31 eingestellt
wird. Dementsprechend kann ein Hochgeschwindigkeitsansprechen erreicht
werden und eine Vergrößerung des Bewegungsbereichs
des bewegbaren Abschnitts 32 verglichen mit einem konventionellen
Aktuator, der ein piezoelektrisches Element verwendet, verwirklicht
werden. Ferner wird der bewegbare Abschnitt 32 durch ein
Gaslager gehalten. Dementsprechend kann ein Haftreibungswiderstand
in hohem Maße verringert werden und die Fokusposition des
Laserstrahls deshalb mit hoher Genauigkeit eingestellt werden.
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Während
bei der Laserbearbeitungsvorrichtung 1 gemäß dieser
bevorzugten Ausführungsform der bewegbare Abschnitt 32 das
aus einem Permanentmagneten ausgebildete Linsenhalteelement 321 beinhaltet
und der ortsfeste Abschnitt 33 den Spulenabschnitt 331 beinhaltet,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf einen solchen Aufbau beschränkt. Zum
Beispiel kann der bewegbare Abschnitt 32 eine Spule beinhalten
und der ortsfeste Abschnitt 33 einen Permanentmagneten
beinhalten. Jedoch ist, falls der ortsfeste Abschnitt 33 wie
bei dieser bevorzugten Ausführungsform den Spulenabschnitt 331 beinhaltet,
keine Verkabelung für den bewegbaren Abschnitt 32 erforderlich,
so dass es möglich ist, zu verhindern, dass eine unbeabsichtigte
Kraft auf den bewegbaren Abschnitt 32 ausgeübt
werden kann.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Der
Umfang der Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche
definiert und alle Änderungen und Abwandlungen, die innerhalb
der Äquivalenz des Umfangs der Ansprüche liegen,
werden deshalb 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, 0008]
- - JP 2008-16577 [0005, 0008]
- - JP 2008-68308 [0006, 0006, 0008]