解耦、多级的定位系统技术方案

一种分轴级台结构被实施成多级式定位系统(10)，其能够在高速与加速度下以振动方式且热稳定地运送材质。分轴设计能够解耦沿着两条位于分开、平行平面中的垂直轴线的级台运动。具有花岗石、石板、陶瓷材料或铸铁材料板片的尺寸稳定的基材(12)被用作为下方级台与上方级台的底座。刚性支撑结构允许可轴向调整的光学元件能更加快速且精确地定位于激光加工系统中。当光学组件(30)被覆盖于一个安装于多级式定位系统的样本级台(26)上方的支架结构(236、240)的坚硬空气轴承套筒(214)内时，可增进振动与热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本
技术实现思路
涉及样本加工系统，且特别是关于用以控制加工装置相对于目标样本 的二维或三维定位的级台结构(stage architecture)。
技术介绍
建构成用于使用在半导体晶片等级的加工处理的晶片运送系统一般包括一级台， 此级台具有一个紧固晶片以便加工的夹头。有时候，此级台是静止的，而有时候它是可移动 的。一些应用情形需要使级台在有旋转或没有旋转的情况下于笛卡儿座标系统的一维、二 维或三维座标中线性地移动。假如总加工时间的很大部分的时间是耗费在对准及运送晶片 的话，则级台运动的速度可能会支配整个晶片加工平台的生产量。对于包括光学加工处理的应用来说，可以将一个移动式光学组件安装于晶片表面 上方，由此将所需的晶片运送距离减小到最低程度。级台移动的主要方向被称为“主轴”，而 垂直于此主要方向的级台运动方向则称为“短轴”。固持要被加工的晶片或样本的夹头可以 被安装至用于沿着主轴移动的主轴级台、用于沿着短轴移动的短轴级台、或在主轴与短轴 下方的静止位置之中。主轴级台可以支撑短轴级台，或者它们可以彼此独立。随着电子电路的尺寸变小，此种光学系统的级台设计变得更为关键。一项级台设 计的考量是由于晶片夹头与光学组件的振动与热稳定性所引起的加工品质的冲击。在其中 激光光束受到连续调整的情形中，支撑激光组件的现有结构太过挠性，而无法维持所需的 精密程度。而且，随着电路尺寸的变小，微粒的污染也变得更加重要。
技术实现思路
一种“分轴级台(split axis stage)”结构被实施成一种多级式定位系统。在较 佳实例中，此定位系统用以支撑激光光学组件及工件，该工件具有供激光光束入射于其上 来进行激光加工的表面。此多级式定位系统能够在高速与高加速度下以振动与热稳定方式 运送材料。“分轴”的设计沿着位于分开、平行平面中的二个垂直轴线解耦(decouple)驱动 的级台运动。在较佳实例中，在水平平面中的运动在相对彼此正交地移动的一个样本级台 (主轴或下方级台)与一个扫描光学组件级台(短轴或上方级台)之间被分开。具有花岗石或其他石板、或是陶瓷材料、铸铁或例如Anocast 聚合体复合材料 板片形式的尺寸稳定基材，可以被用作下方级台与上方级台的基座。板片与级台较佳地是 由具有类似热膨胀系数的材料制成，以导致系统能够以协调的方式对温度变化起有利的反 应。基材被精确地切割(“研光”)，使得其上级台表面与下级台表面的一些部位是平坦的 且彼此平行。在较佳实例中，导引着承载有样本固持夹头的下方级台的下方导轨组件被耦 接至基材的下方表面。导引承载着激光光束焦点区域控制子系统的上方级台的上方导轨组 件被连接至基材的一个上方表面。沿着导轨组件的相邻轨条而定位的线性马达控制上方级 台与下方级台的运动。厚实且结构坚硬的基材隔离且稳定激光光学组件及样本的运动、吸收振动且使得加速度与减速度更加平顺，这是因为此支撑结构本来就很坚硬。基材的劲度以及级台运动 轴线的狭窄间隔会导致较高的频率共振，且在沿着所有三个轴线的运动会有较少的误差。 基材也通过如同热沉般地作用而提供热稳定性。而且，因为系统被设计成很小巧的结构，其 是由较少的材料构成，且因此当受到加热时较不容易膨胀。基材的中间一个椭圆形狭缝切 除部分会使下方的样本暴露于激光光束下，且允许激光光学组件垂直运动通过基材。否则 的话，除了受到激光加工的局部区域之外，样本受到基材的保护，使其免于接触到在高处的 运动所产生的微粒的影响。激光光束焦点区域控制子系统被支撑于下方级台上方，且包括定位在刚性空气轴 承套筒上的可垂直调整的光学组件，该空气轴承套筒被支撑结构安装于上方级台。支撑结 构的刚性能允许沿着光束轴线的更快速且更精确的垂直运动。套筒的内表面作为外环，而 透镜的外表面则作为内环，因此形成导引激光光束的焦点区域的垂直移动的空气轴承。通 过一个在套筒顶端处的透镜压入器而起始垂直运动，该透镜压入器提供起动作用力到光学 组件上，由此调整光学组件相对于下夹头上的工件的高度，而在如此进行时，该压入器调整 激光相对于工作表面的焦点区域。一个沿着光束轴线是坚硬的且在水平平面中是柔顺的隔 离挠曲装置缓和来自光学组件的透镜压入器的过度移动。分轴级台的设计可以应用于包括切块、零件修剪、熔合加工、上墨、通过钻孔的印 刷布线板(PWB)、布线、检查与度量学的半导体加工中所使用的许多平台上。通过这样的设 计所产生的优点对于整个机械切削工具来说也是很有益的。从以下随附图所进行的较佳实例的详细说明，可以更加清楚本专利技术的其它观点及 优点。附图说明图1是解耦、多级的定位系统的等角图。图2是图1定位系统的部分分解等角图，其显示当此系统组合好时，上方及下方级 台被安装于例如石板的尺寸稳定的基材。图3是图1定位系统的等角图，其显示支撑着扫描透镜的上方级台以及上级台驱 动元件。图4是图1定位系统的等角图，其显示支撑着样本固持夹头的下方级台及下方级 台驱动元件。图5A、图5B与图5C显示替代性的导轨组件结构，用于移动图1至图4的定位系统 的上方级台与下方级台的其中一者或二者。图6是激光光束焦点区域控制子系统的较佳实例的分解图，其包括一个空气轴承 套筒组件，该组件覆盖住一扫描透镜且导引其垂直(Z轴)运动。具体实施例方式图1与图2显示一个解耦、多级的定位系统10，在较佳实例中，此定位系统支撑着 一个激光加工系统的零件，此激光光束传播通过该激光加工系统而入射在一目标样本上。 定位系统10包括一个尺寸稳定的基材12，此基材是由石板制成，最好是由花岗石、或陶瓷 材料、铸铁、或例如Anocast 的聚合物复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及具有一个阶梯状凹穴18的第二或下方扁平主要表面16。主要表面14与 16包括表面部位，这些表面部位是彼此平行的平面且被调整以呈现出在大约十微米公差范 围内的平坦性与平行。上方主要表面14的一个表面部位及第一导轨组件20耦接，用以沿着第一轴线导 引一个激光光学组件级台(Stage)22的运动。下方主要表面16的一个表面部位及第二导 轨组件M耦接，用以沿着横向于第一轴线的第二轴线导引一个样本级台沈的运动。光学 组件级台22支撑一个激光光束焦点区域控制子系统观，此子系统包括一个于基材12的下 方主要表面16下方向下悬挂的扫描透镜30。样本级台沈支撑一个样本固持夹头32。级 台22与沈的导引移动能够使扫描透镜30相对于夹头32所固持的样本(未显示)表面上 的激光光光束加工位置而移动。在较佳实例中，基材12被放置在适当位置，使得主要表面14与16界定出隔开的 水平平面，且导轨组件20与M被定位成使得第一轴线与第二轴线彼此垂直，由此界定出各 自的Y轴与X轴。此分轴结构可解耦(decouple)沿着X轴与Y轴的运动，通过所允许的较 少自由度简化激光光束与夹头32的定位控制。图3详细地显示光学组件级台22，其与图2所示的第一导轨组件20 —起操作。第 一导轨组件20包括两个固定于上方主要表面14的支架部位的隔开的导引轨条40，及两个 被支撑于光学组件级台22的底部表面44上的U形导引块42。每个导引块42装配于对应 的其中一条轨条40上，而且反应于施加的推动力而沿着此轨条滑动。一个用于光学组件级 台22的马达驱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种解耦、多级的定位系统，其包含：　　一尺寸稳定的基材，其具有一基材厚度以及相对的实质上平行的第一与第二主要表面部位；　　一第一导轨组件，其耦接至第一主要表面部位且被定位成用以可反应于第一推动力而引导第一级台沿着第一轴线的运动；　　一第二导轨组件，其耦接至第二主要表面部位且被定位成可反应于第二推动力而导引第二级台沿着第二轴线的运动，且第二轴线与第一轴线相对于彼此横向地配置；以及　　该尺寸稳定基材解耦该第一与第二级台，致使第一与第二级台的导引运动能够在沿着基材厚度的方向上提供可忽略误差的运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2007.02.20 US 11/676,945;2007.02.20 US 11/676,9371.一种解耦、多级的定位系统，其包含一尺寸稳定的基材，其具有一基材厚度以及相对的实质上平行的第一与第二主要表面 部位；一第一导轨组件，其耦接至第一主要表面部位且被定位成用以可反应于第一推动力而 引导第一级台沿着第一轴线的运动；一第二导轨组件，其耦接至第二主要表面部位且被定位成可反应于第二推动力而导引 第二级台沿着第二轴线的运动，且第二轴线与第一轴线相对于彼此横向地配置；以及该尺寸稳定基材解耦该第一与第二级台，致使第一与第二级台的导引运动能够在沿着 基材厚度的方向上提供可忽略误差的运动。2.根据权利要求1所述的定位系统，其更包含一第一马达驱动器，操作式地与该第一导轨组件相结合，以便提供第一级台所反应的 第一推动力；以及一第二马达驱动器，操作式地与该第二导轨组件相结合，以便提供第二级台所反应的 第二推动力。3.根据权利要求2所述的定位系统，其中，第一与第二马达驱动器每个都包括一线性 马达。4.根据权利要求2所述的定位系统，其中，该第一马达驱动器包括两个位于第一导轨 组件任一侧上的马达，以便施加第一推进力至第一级台，且导引第一级台沿着第一轴线的 运动，且其中，该第二马达驱动器包括两个位于第二导轨组件任一侧上的马达，以便施加第 二推进力至第二级台，且导引其第二级台沿着第二轴线的运动。5.根据权利要求4所述的定位系统，其中，该第一级台具有一第一质量中心，且其中该 第一马达驱动器包括两个位于第一导轨组件任一侧上的马达，以便施加实质上通过第一级 台的第一质量中心的第一推进力，用以引导第一级台沿着第一轴线导引的运动。6.根据权利要求5所述的定位系统，其中，该第二级台具有一第二质量中心，且其中该 第二马达驱动器包括两个位于第二导轨组件任一侧上的马达，以便施加实质上通过第二级 台的第二质量中心的第二推进力，且用以引导第二级台沿着第二轴线导引的运动。7.根据权利要求4所述的定位系统，其更包含一位置感测器，被定位成接近第一马达 驱动器的两个马达的各个马达且接近第二马达驱动器的两个马达的各个马达。8.根据权利要求7所述的定位系统，其中，位置感测器及马达一起合作，以便提供共同 座落的反馈控制。9.根据权利要求7所述的定位系统，其中，位置感测器及每个第一与第二马达驱动器 的马达一起合作，以便分别调整第一级台与第二级台的三维运动。10.根据权利要求1所述的定位系统，其中，第一与第二导轨组件的至少其中一导轨组 件包括一个与空气轴承导槽相连结的空气轴承。11.根据权利要求10所述的定位系统，其中，该空气轴承是真空预负载的类型。12.根据权利要求10所述的定位系统，其中，该空气轴承是磁性预负载的类型。13.根据权利要求10所述的定位系统，其中，该空气轴承导槽是该基材的一表面。14.根据权利要求13所述的定位系统，其中，当该基材的表面处于水平配置时构成一 个下方基材表面，且空气轴承发展出足够的作用力，以便克服第一与第二级台的其中一个包括有空气轴承的级台上的重力。15.根据权利要求1所述的定位系统，其中，该基材包含一石板。16.根据权利要求15所述的定位系统，其中，该石板是由花岗石所形成。17.根据权利要求1所述的定位系统，其中，该基材包括一个陶瓷材料的板片。18.根据权利要求1所述的定位系统，其中，该基材包括一个由铸铁所制成的板片。19.根据权利要求1所述的定位系统，其中，该基材包括一个由聚合体复合材料所制成 的板片。20.根据权利要求1所述的定位系统，其中，该基材被建构成用以提供操作上的空隙， 其提供第一与第二级台的导引运动。21.根据权利要求20所述的定位系统，其中，该基材包括一狭缝，一个操作式地连接至 第一与第二级台其中一级台的元件，可以在与所述第一和第二级台的另一级台的操作连结 之中移动经过此...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·T·寇摩斯基，K·布鲁兰德，
申请(专利权)人：伊雷克托科学工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US