解耦、多級的定位系統技術方案

一種分軸級臺結構被實施成多級式定位系統(10)，其能夠在高速與加速度下以振動方式且熱穩定地運送材質。分軸設計能夠解耦沿著兩條位于分開、平行平面中的垂直軸線的級臺運動。具有花崗石、石板、陶瓷材料或鑄鐵材料板片的尺寸穩定的基材(12)被用作為下方級臺與上方級臺的底座。剛性支撐結構允許可軸向調整的光學元件能更加快速且精確地定位于激光加工系統中。當光學組件(30)被覆蓋于一個安裝于多級式定位系統的樣本級臺(26)上方的支架結構(236、240)的堅硬空氣軸承套筒(214)內時，可增進振動與熱穩定性。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本
技術實現思路
涉及樣本加工系統，且特別是關于用以控制加工裝置相對于目標樣本 的二維或三維定位的級臺結構(stage architecture)。
技術介紹
建構成用于使用在半導體晶片等級的加工處理的晶片運送系統一般包括一級臺， 此級臺具有一個緊固晶片以便加工的夾頭。有時候，此級臺是靜止的，而有時候它是可移動 的。一些應用情形需要使級臺在有旋轉或沒有旋轉的情況下于笛卡兒座標系統的一維、二 維或三維座標中線性地移動。假如總加工時間的很大部分的時間是耗費在對準及運送晶片 的話，則級臺運動的速度可能會支配整個晶片加工平臺的生產量。對于包括光學加工處理的應用來說，可以將一個移動式光學組件安裝于晶片表面 上方，由此將所需的晶片運送距離減小到最低程度。級臺移動的主要方向被稱為“主軸”，而 垂直于此主要方向的級臺運動方向則稱為“短軸”。固持要被加工的晶片或樣本的夾頭可以 被安裝至用于沿著主軸移動的主軸級臺、用于沿著短軸移動的短軸級臺、或在主軸與短軸 下方的靜止位置之中。主軸級臺可以支撐短軸級臺，或者它們可以彼此獨立。隨著電子電路的尺寸變小，此種光學系統的級臺設計變得更為關鍵。一項級臺設 計的考量是由于晶片夾頭與光學組件的振動與熱穩定性所引起的加工品質的沖擊。在其中 激光光束受到連續調整的情形中，支撐激光組件的現有結構太過撓性，而無法維持所需的 精密程度。而且，隨著電路尺寸的變小，微粒的污染也變得更加重要。
技術實現思路
一種“分軸級臺(split axis stage)”結構被實施成一種多級式定位系統。在較 佳實例中，此定位系統用以支撐激光光學組件及工件，該工件具有供激光光束入射于其上 來進行激光加工的表面。此多級式定位系統能夠在高速與高加速度下以振動與熱穩定方式 運送材料。“分軸”的設計沿著位于分開、平行平面中的二個垂直軸線解耦(decouple)驅動 的級臺運動。在較佳實例中，在水平平面中的運動在相對彼此正交地移動的一個樣本級臺 (主軸或下方級臺)與一個掃描光學組件級臺(短軸或上方級臺)之間被分開。具有花崗石或其他石板、或是陶瓷材料、鑄鐵或例如Anocast 聚合體復合材料 板片形式的尺寸穩定基材，可以被用作下方級臺與上方級臺的基座。板片與級臺較佳地是 由具有類似熱膨脹系數的材料制成，以導致系統能夠以協調的方式對溫度變化起有利的反 應。基材被精確地切割(“研光”)，使得其上級臺表面與下級臺表面的一些部位是平坦的 且彼此平行。在較佳實例中，導引著承載有樣本固持夾頭的下方級臺的下方導軌組件被耦 接至基材的下方表面。導引承載著激光光束焦點區域控制子系統的上方級臺的上方導軌組 件被連接至基材的一個上方表面。沿著導軌組件的相鄰軌條而定位的線性馬達控制上方級 臺與下方級臺的運動。厚實且結構堅硬的基材隔離且穩定激光光學組件及樣本的運動、吸收振動且使得加速度與減速度更加平順，這是因為此支撐結構本來就很堅硬。基材的勁度以及級臺運動 軸線的狹窄間隔會導致較高的頻率共振，且在沿著所有三個軸線的運動會有較少的誤差。 基材也通過如同熱沉般地作用而提供熱穩定性。而且，因為系統被設計成很小巧的結構，其 是由較少的材料構成，且因此當受到加熱時較不容易膨脹。基材的中間一個橢圓形狹縫切 除部分會使下方的樣本暴露于激光光束下，且允許激光光學組件垂直運動通過基材。否則 的話，除了受到激光加工的局部區域之外，樣本受到基材的保護，使其免于接觸到在高處的 運動所產生的微粒的影響。激光光束焦點區域控制子系統被支撐于下方級臺上方，且包括定位在剛性空氣軸 承套筒上的可垂直調整的光學組件，該空氣軸承套筒被支撐結構安裝于上方級臺。支撐結 構的剛性能允許沿著光束軸線的更快速且更精確的垂直運動。套筒的內表面作為外環，而 透鏡的外表面則作為內環，因此形成導引激光光束的焦點區域的垂直移動的空氣軸承。通 過一個在套筒頂端處的透鏡壓入器而起始垂直運動，該透鏡壓入器提供起動作用力到光學 組件上，由此調整光學組件相對于下夾頭上的工件的高度，而在如此進行時，該壓入器調整 激光相對于工作表面的焦點區域。一個沿著光束軸線是堅硬的且在水平平面中是柔順的隔 離撓曲裝置緩和來自光學組件的透鏡壓入器的過度移動。分軸級臺的設計可以應用于包括切塊、零件修剪、熔合加工、上墨、通過鉆孔的印 刷布線板(PWB)、布線、檢查與度量學的半導體加工中所使用的許多平臺上。通過這樣的設 計所產生的優點對于整個機械切削工具來說也是很有益的。從以下隨附圖所進行的較佳實例的詳細說明，可以更加清楚本專利技術的其它觀點及 優點。附圖說明圖1是解耦、多級的定位系統的等角圖。圖2是圖1定位系統的部分分解等角圖，其顯示當此系統組合好時，上方及下方級 臺被安裝于例如石板的尺寸穩定的基材。圖3是圖1定位系統的等角圖，其顯示支撐著掃描透鏡的上方級臺以及上級臺驅 動元件。圖4是圖1定位系統的等角圖，其顯示支撐著樣本固持夾頭的下方級臺及下方級 臺驅動元件。圖5A、圖5B與圖5C顯示替代性的導軌組件結構，用于移動圖1至圖4的定位系統 的上方級臺與下方級臺的其中一者或二者。圖6是激光光束焦點區域控制子系統的較佳實例的分解圖，其包括一個空氣軸承 套筒組件，該組件覆蓋住一掃描透鏡且導引其垂直(Z軸)運動。具體實施例方式圖1與圖2顯示一個解耦、多級的定位系統10，在較佳實例中，此定位系統支撐著 一個激光加工系統的零件，此激光光束傳播通過該激光加工系統而入射在一目標樣本上。 定位系統10包括一個尺寸穩定的基材12，此基材是由石板制成，最好是由花崗石、或陶瓷 材料、鑄鐵、或例如Anocast 的聚合物復合材料板片所形成的。基材12具有第一或上方扁平主要表面14及具有一個階梯狀凹穴18的第二或下方扁平主要表面16。主要表面14與 16包括表面部位，這些表面部位是彼此平行的平面且被調整以呈現出在大約十微米公差范 圍內的平坦性與平行。上方主要表面14的一個表面部位及第一導軌組件20耦接，用以沿著第一軸線導 引一個激光光學組件級臺(Stage)22的運動。下方主要表面16的一個表面部位及第二導 軌組件M耦接，用以沿著橫向于第一軸線的第二軸線導引一個樣本級臺沈的運動。光學 組件級臺22支撐一個激光光束焦點區域控制子系統觀，此子系統包括一個于基材12的下 方主要表面16下方向下懸掛的掃描透鏡30。樣本級臺沈支撐一個樣本固持夾頭32。級 臺22與沈的導引移動能夠使掃描透鏡30相對于夾頭32所固持的樣本(未顯示)表面上 的激光光光束加工位置而移動。在較佳實例中，基材12被放置在適當位置，使得主要表面14與16界定出隔開的 水平平面，且導軌組件20與M被定位成使得第一軸線與第二軸線彼此垂直，由此界定出各 自的Y軸與X軸。此分軸結構可解耦(decouple)沿著X軸與Y軸的運動，通過所允許的較 少自由度簡化激光光束與夾頭32的定位控制。圖3詳細地顯示光學組件級臺22，其與圖2所示的第一導軌組件20 —起操作。第 一導軌組件20包括兩個固定于上方主要表面14的支架部位的隔開的導引軌條40，及兩個 被支撐于光學組件級臺22的底部表面44上的U形導引塊42。每個導引塊42裝配于對應 的其中一條軌條40上，而且反應于施加的推動力而沿著此軌條滑動。一個用于光學組件級 臺22的馬達驅本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種解耦、多級的定位系統，其包含：　　一尺寸穩定的基材，其具有一基材厚度以及相對的實質上平行的第一與第二主要表面部位；　　一第一導軌組件，其耦接至第一主要表面部位且被定位成用以可反應于第一推動力而引導第一級臺沿著第一軸線的運動；　　一第二導軌組件，其耦接至第二主要表面部位且被定位成可反應于第二推動力而導引第二級臺沿著第二軸線的運動，且第二軸線與第一軸線相對于彼此橫向地配置；以及　　該尺寸穩定基材解耦該第一與第二級臺，致使第一與第二級臺的導引運動能夠在沿著基材厚度的方向上提供可忽略誤差的運動。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2007.02.20 US 11/676,945;2007.02.20 US 11/676,9371.一種解耦、多級的定位系統，其包含一尺寸穩定的基材，其具有一基材厚度以及相對的實質上平行的第一與第二主要表面 部位；一第一導軌組件，其耦接至第一主要表面部位且被定位成用以可反應于第一推動力而 引導第一級臺沿著第一軸線的運動；一第二導軌組件，其耦接至第二主要表面部位且被定位成可反應于第二推動力而導引 第二級臺沿著第二軸線的運動，且第二軸線與第一軸線相對于彼此橫向地配置；以及該尺寸穩定基材解耦該第一與第二級臺，致使第一與第二級臺的導引運動能夠在沿著 基材厚度的方向上提供可忽略誤差的運動。2.根據權利要求1所述的定位系統，其更包含一第一馬達驅動器，操作式地與該第一導軌組件相結合，以便提供第一級臺所反應的 第一推動力；以及一第二馬達驅動器，操作式地與該第二導軌組件相結合，以便提供第二級臺所反應的 第二推動力。3.根據權利要求2所述的定位系統，其中，第一與第二馬達驅動器每個都包括一線性 馬達。4.根據權利要求2所述的定位系統，其中，該第一馬達驅動器包括兩個位于第一導軌 組件任一側上的馬達，以便施加第一推進力至第一級臺，且導引第一級臺沿著第一軸線的 運動，且其中，該第二馬達驅動器包括兩個位于第二導軌組件任一側上的馬達，以便施加第 二推進力至第二級臺，且導引其第二級臺沿著第二軸線的運動。5.根據權利要求4所述的定位系統，其中，該第一級臺具有一第一質量中心，且其中該 第一馬達驅動器包括兩個位于第一導軌組件任一側上的馬達，以便施加實質上通過第一級 臺的第一質量中心的第一推進力，用以引導第一級臺沿著第一軸線導引的運動。6.根據權利要求5所述的定位系統，其中，該第二級臺具有一第二質量中心，且其中該 第二馬達驅動器包括兩個位于第二導軌組件任一側上的馬達，以便施加實質上通過第二級 臺的第二質量中心的第二推進力，且用以引導第二級臺沿著第二軸線導引的運動。7.根據權利要求4所述的定位系統，其更包含一位置感測器，被定位成接近第一馬達 驅動器的兩個馬達的各個馬達且接近第二馬達驅動器的兩個馬達的各個馬達。8.根據權利要求7所述的定位系統，其中，位置感測器及馬達一起合作，以便提供共同 座落的反饋控制。9.根據權利要求7所述的定位系統，其中，位置感測器及每個第一與第二馬達驅動器 的馬達一起合作，以便分別調整第一級臺與第二級臺的三維運動。10.根據權利要求1所述的定位系統，其中，第一與第二導軌組件的至少其中一導軌組 件包括一個與空氣軸承導槽相連結的空氣軸承。11.根據權利要求10所述的定位系統，其中，該空氣軸承是真空預負載的類型。12.根據權利要求10所述的定位系統，其中，該空氣軸承是磁性預負載的類型。13.根據權利要求10所述的定位系統，其中，該空氣軸承導槽是該基材的一表面。14.根據權利要求13所述的定位系統，其中，當該基材的表面處于水平配置時構成一 個下方基材表面，且空氣軸承發展出足夠的作用力，以便克服第一與第二級臺的其中一個包括有空氣軸承的級臺上的重力。15.根據權利要求1所述的定位系統，其中，該基材包含一石板。16.根據權利要求15所述的定位系統，其中，該石板是由花崗石所形成。17.根據權利要求1所述的定位系統，其中，該基材包括一個陶瓷材料的板片。18.根據權利要求1所述的定位系統，其中，該基材包括一個由鑄鐵所制成的板片。19.根據權利要求1所述的定位系統，其中，該基材包括一個由聚合體復合材料所制成 的板片。20.根據權利要求1所述的定位系統，其中，該基材被建構成用以提供操作上的空隙， 其提供第一與第二級臺的導引運動。21.根據權利要求20所述的定位系統，其中，該基材包括一狹縫，一個操作式地連接至 第一與第二級臺其中一級臺的元件，可以在與所述第一和第二級臺的另一級臺的操作連結 之中移動經過此...

【專利技術屬性】
技術研發人員：M·T·寇摩斯基，K·布魯蘭德，
申請(專利權)人：伊雷克托科學工業股份有限公司，
類型：發明
國別省市：US