專利名稱：用于短沖程載物臺的撓曲件導(dǎo)引軸承的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對具有激光聚焦透鏡作為有效負(fù)載的短沖程(即，6毫米(mm)行程或更小)載物臺的精確導(dǎo)引。
背景技術(shù)：
經(jīng)配置以供在半導(dǎo)體晶片級處理中使用的晶片輸送系統(tǒng)通常包含具有緊固用于處理的晶片的卡盤的載物臺。有時(shí)所述載物臺為固定的，且有時(shí)其為可移動(dòng)的。一些應(yīng)用要求，載物臺沿一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)笛卡爾維度有旋轉(zhuǎn)地或無旋轉(zhuǎn)地線性移動(dòng)。如果花費(fèi)顯著量的總工藝時(shí)間來對準(zhǔn)及輸送晶片，那么載物臺運(yùn)動(dòng)的速度可決定整個(gè)晶片處理平臺的通過量。對于包含光學(xué)處理的應(yīng)用，可在晶片表面上面安裝可移動(dòng)光學(xué)器件組合件，借此使所需的晶片輸送距離最小化。載物臺運(yùn)動(dòng)的主要方向稱為“長軸”，且垂直于主要方向的載物臺運(yùn)動(dòng)方向稱為“短軸”。固持待處理的晶片或試樣的卡盤可安裝到長軸載物臺以用于沿著長軸移動(dòng)、安裝到短軸載物臺以用于沿著短軸移動(dòng)或安裝于長軸及短軸下面固定位置中。長軸載物臺可支撐短軸載物臺或者其可彼此獨(dú)立。

發(fā)明內(nèi)容
隨著電路尺寸縮減，此類光學(xué)系統(tǒng)的載物臺設(shè)計(jì)正變得更關(guān)鍵。一個(gè)載物臺設(shè)計(jì)考慮因素是起源于晶片卡盤及光學(xué)器件組合件的振動(dòng)及熱穩(wěn)定性的工藝質(zhì)量影響。在其中不斷地調(diào)整激光束位置的情況下，支撐激光組合件的現(xiàn)代技術(shù)結(jié)構(gòu)太柔性而不能維持所需的精確度。此外，隨著電路尺寸縮減，粒子污染變?yōu)樵絹碓酱蟮膯栴}。常規(guī)載物臺設(shè)計(jì)采用針對長沖程運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)的機(jī)械或空氣軸承的使用。機(jī)械導(dǎo)引軸承具有巨大勁度，但短沖程運(yùn)動(dòng)由于在長期操作期間缺少潤滑脂溝流而引起球的磨蝕。保持架漸變還引起交叉輥導(dǎo)引件及沖模襯套導(dǎo)引件的問題，且摩擦往往也引起控制載物臺的問題。空氣軸承導(dǎo)引件為以勁度為代價(jià)對上文所提及機(jī)械軸承的問題的解決方案?？諝廨S承不具有機(jī)械軸承擁有的勁度。本文中，“分裂軸載物臺”架構(gòu)實(shí)施為多載物臺定位系統(tǒng)，在一實(shí)施例中，其支撐激光光學(xué)器件組合件及工件，所述工件具有激光束入射在其上以用于激光處理的表面。所述多載物臺定位系統(tǒng)能夠以高速度及加速度速率進(jìn)行在振動(dòng)及熱上穩(wěn)定的材料輸送?！胺至演S”設(shè)計(jì)解耦沿著處于單獨(dú)的平行平面中的兩個(gè)垂直軸的受驅(qū)動(dòng)載物臺運(yùn)動(dòng)。在一實(shí)施例中，在相對于彼此正交移動(dòng)的試樣(長軸或下部)載物臺與掃描光學(xué)器件組合件(短軸或上部)載物臺之間分裂水平平面中的運(yùn)動(dòng)。使用呈花崗巖或其它石板材或陶瓷材料板材、鑄鐵或聚合物復(fù)合材料(例如 Anocast )形式的在尺寸上穩(wěn)定的襯底作為下部及上部載物臺的基底。所述板材及所述載物臺優(yōu)選地由具有類似熱膨脹系數(shù)的材料制作以致使系統(tǒng)以一致方式有利地對溫度改變做出反應(yīng)。所述襯底經(jīng)精確切割(“搭接”)使得其上部及下部載物臺表面的若干部分為平坦的且彼此平行。在優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)引承載試樣固持卡盤的下部載物臺的下部導(dǎo)軌組合件耦合到所述襯底的下部表面。導(dǎo)引承載激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)的上部載物臺的上部導(dǎo)軌組合件耦合到所述襯底的上部表面。沿著導(dǎo)軌組合件的鄰近軌道定位的線性電機(jī)控制下部及上部載物臺的移動(dòng)。塊狀的且在結(jié)構(gòu)上勁性的襯底隔離激光光學(xué)器件組合件與試樣的運(yùn)動(dòng)并使所述運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定、吸收振動(dòng)且允許較順暢的加速及減速，因?yàn)橹谓Y(jié)構(gòu)固有地為剛性的。襯底的剛度及載物臺運(yùn)動(dòng)軸的緊密分離導(dǎo)致較高頻率諧振及沿著所有三個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)的較小誤差。所述襯底還通過充當(dāng)散熱器而提供熱穩(wěn)定性。此外，由于其被設(shè)計(jì)成緊湊配置，因此所述系統(tǒng)由較少材料構(gòu)成且因此在其經(jīng)歷加熱時(shí)較不易于膨脹。從襯底的中間向外的橢圓形槽切口將下面的試樣暴露于激光束且允許激光光學(xué)器件組合件穿過襯底的垂直運(yùn)動(dòng)。另一方面， 試樣由襯底遮蔽以免受由高架運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的粒子的影響，經(jīng)歷激光處理的局部區(qū)域除外。激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)支撐于下部載物臺上面且包含可垂直調(diào)整的光學(xué)器件組合件，所述光學(xué)器件組合件相對于由支撐結(jié)構(gòu)安裝到上部載物臺的至少一個(gè)撓曲件定位。支撐結(jié)構(gòu)的剛度允許沿著束軸的較快速及較準(zhǔn)確垂直運(yùn)動(dòng)。透鏡支撐套管充當(dāng)?shù)綄?dǎo)引激光束的聚焦區(qū)的垂直運(yùn)動(dòng)的撓曲件的連接的支撐件。垂直運(yùn)動(dòng)由駐存在所述套管的頂端處的透鏡驅(qū)迫器起始，所述透鏡驅(qū)迫器對光學(xué)器件組合件賦予原動(dòng)力以調(diào)整其相對于下部卡盤上的工件的高度且如此操作相對于工作表面調(diào)整激光的聚焦區(qū)。沿著束軸為剛性且在水平平面中為順應(yīng)性的隔離撓曲件裝置緩沖透鏡驅(qū)迫器從光學(xué)器件組合件的過量運(yùn)動(dòng)。分裂軸載物臺設(shè)計(jì)可適用于半導(dǎo)體處理(包含切割、組件休整、熔絲處理、噴墨、 印刷導(dǎo)線板(PWB)導(dǎo)通孔鉆孔、布線、檢驗(yàn)及計(jì)量)中所使用的許多平臺。此設(shè)計(jì)所提供的優(yōu)點(diǎn)還有益于整個(gè)類的機(jī)械加工工具。對于具有短沖程(例如，6毫米(mm)行程或更小)的載物臺，撓曲件導(dǎo)引軸承由于以下特性而為用于導(dǎo)引載物臺的最佳解決方案(1)在運(yùn)動(dòng)平面外的所有軸上的非常高的勁度；⑵零摩擦；⑶可經(jīng)濟(jì)地制作；⑷不需要外部空氣供應(yīng)源；(5)不需要潤滑脂；及 (6)無磨蝕。通過將雙橫梁撓曲件應(yīng)用于承載透鏡及/或相機(jī)的Z軸載物臺，可形成具有高勁度而無機(jī)械軸承所具有的難題及問題的載物臺。一個(gè)特定實(shí)施例可使用其中相同設(shè)計(jì)的多個(gè)撓曲件放置在透鏡周圍且作為一群組一起工作以導(dǎo)引Z軸運(yùn)動(dòng)的模塊化方法。所述撓曲件被安裝到透鏡外殼且接地到外部外殼。撓曲件載物臺先前尚未用于相對于試樣處理系統(tǒng)且特定來說相對于載物臺架構(gòu)導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)及支撐光學(xué)組件(例如激光透鏡及/或相機(jī))以控制相對于目標(biāo)試樣對處理裝置的兩維或三維定位。撓曲件載物臺先前尚未相對于彼此定位成平行布置及/或以其中每一撓曲件被配置成等同于其它撓曲件的群組使用。在結(jié)合附圖閱讀以下說明時(shí)，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了本發(fā)明的實(shí)施例及應(yīng)用的細(xì)節(jié)。


本文中的說明參考附圖，其中在所有數(shù)個(gè)視圖中相似的參考編號指代相似的部件，且附圖中圖1是解耦的多載物臺定位系統(tǒng)的等軸視圖2是圖1的定位系統(tǒng)的部分分解等軸視圖，其展示當(dāng)系統(tǒng)經(jīng)組裝時(shí)安裝到例如石板材的在尺寸上穩(wěn)定的襯底的上部及下部載物臺；圖3是圖1的定位系統(tǒng)的等軸視圖，其展示支撐掃描透鏡及上部載物臺驅(qū)動(dòng)組件的上部載物臺；圖4是圖1的定位系統(tǒng)的等軸視圖，其展示支撐試樣固持卡盤及下部載物臺驅(qū)動(dòng)組件的下部載物臺；圖5A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙橫梁撓曲件的詳細(xì)視圖；圖5B及圖5C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例撓曲件圍繞透鏡的布置；圖5D是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的透鏡、撓曲件及外部外殼的組合件；圖5E是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例具有撓曲件的Z軸組合件的簡化圖解說明；且圖6是激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例的分解視圖，所述激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)包含裝納掃描透鏡的組合件及導(dǎo)引垂直(Z軸)運(yùn)動(dòng)的至少一個(gè)撓曲件。
具體實(shí)施例方式圖1及圖2展示解耦的多載物臺定位系統(tǒng)10，在一個(gè)實(shí)施例中，其支撐激光處理系統(tǒng)的組件，激光束傳播穿過所述激光處理系統(tǒng)以入射在目標(biāo)試樣上。定位系統(tǒng)10包含在尺寸上穩(wěn)定的襯底12，其由石板材制成，優(yōu)選地由花崗巖或陶瓷材料板材、鑄鐵或聚合物復(fù)合材料(例如Anocast )形成。襯底12具有第一或上部平坦主表面14及具有臺階式凹部 18的第二或下部平坦主表面16。主表面14及16包含為彼此平行延伸且經(jīng)調(diào)節(jié)以在約十微米公差內(nèi)展現(xiàn)平坦度及平行度的平面的表面部分。上部主表面14的表面部分與第一導(dǎo)軌組合件20經(jīng)耦合以沿著第一軸導(dǎo)引激光光學(xué)器件組合件載物臺22的移動(dòng)，且下部主表面16的表面部分與第二導(dǎo)軌組合件M經(jīng)耦合以沿著橫切于第一軸的第二軸導(dǎo)引試樣載物臺26的移動(dòng)。光學(xué)器件組合件載物臺22支撐激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)觀，激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)觀包含向下懸垂于襯底12的下部主表面16下面的掃描透鏡30。試樣載物臺沈支撐試樣固持卡盤32。載物臺22及沈的經(jīng)導(dǎo)引運(yùn)動(dòng)使掃描透鏡30相對于由卡盤32固持的試樣(未展示)的表面上的激光束處理位置移動(dòng)。在優(yōu)選實(shí)施方案中，襯底12經(jīng)設(shè)定于適當(dāng)位置中使得主表面14及16界定間隔開的水平平面，且導(dǎo)軌組合件20及M經(jīng)定位使得第一軸與第二軸彼此垂直以借此界定相應(yīng)的Y軸及X軸。此分裂軸架構(gòu)將沿著X軸及Y軸的運(yùn)動(dòng)解耦，從而簡化在允許較少自由度的情況下對定位激光束及卡盤32的控制。圖3詳細(xì)地展示與圖2中所示的第一導(dǎo)軌組合件20 —起操作的光學(xué)器件組合件載物臺22。第一導(dǎo)軌組合件20包含經(jīng)緊固以支撐上部主表面14的若干部分的兩個(gè)間隔開的導(dǎo)引軌道40及支撐于光學(xué)器件組合件載物臺22的底部表面44上的兩個(gè)U形導(dǎo)引塊42。 導(dǎo)引塊42中的每一者裝配于軌道40中的對應(yīng)一者上且響應(yīng)于所施加的原動(dòng)力而沿著所述對應(yīng)一者滑動(dòng)。光學(xué)器件組合件載物臺22的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包含在上部主表面14上且沿著每一導(dǎo)引軌道40的長度安裝的線性電機(jī)46。線性電機(jī)46賦予推進(jìn)其對應(yīng)導(dǎo)引塊42以沿著其對應(yīng)導(dǎo)引軌道40滑動(dòng)移動(dòng)的原動(dòng)力。每一線性電機(jī)46包含U形通道磁體軌48，U形通道磁體軌48固持沿著導(dǎo)引軌道40的長度布置的多個(gè)磁體50的間隔開的線性陣列。定位于線性磁體50陣列之間的驅(qū)迫器芯組合件52連接到光學(xué)器件組合件載物臺22的底部表面44且構(gòu)成使光學(xué)器件組合件載物臺22移動(dòng)的線性電機(jī)46的可移動(dòng)部件。適合線性電機(jī)46為可從賓夕法尼亞州匹茲堡的艾爾科技公司(Aerotech，Inc.，Pittsburgh, Pa.)購得的型號MTH480。每一軌道導(dǎo)引件40-圖2中所示的第一導(dǎo)軌組合件20的導(dǎo)引塊42對為滾動(dòng)元件軸承組合件。導(dǎo)軌組合件20的替代方案包含平坦空氣軸承或真空預(yù)載空氣軸承。任一類型空氣軸承的使用均需要移除每一導(dǎo)引軌道40從而暴露上部表面14的表面部分以形成導(dǎo)引表面且需要以軸承的導(dǎo)引表面或支承面替代附接到激光光學(xué)器件組合件載物臺22的底部表面44的每一導(dǎo)引塊42。具有壓力端口及真空端口的真空預(yù)載空氣軸承壓制自身且同時(shí)使自身升離導(dǎo)引表面。真空預(yù)載空氣軸承的使用僅需要一個(gè)平坦導(dǎo)引表面；而相對軸承預(yù)載的使用需要兩個(gè)平坦的平行導(dǎo)引表面。適合空氣軸承可從賓夕法尼亞州阿斯頓的新方式機(jī)器組件公司(New Way Machine Components, Inc. ,Aston, Pa.)購得。因此，取決于所使用的導(dǎo)軌組合件的類型，上部主表面14的表面部分可表示導(dǎo)引軌道安裝接觸表面或支承面非接觸導(dǎo)引表面。緊固到光學(xué)器件組合件載物臺22的底部表面44且鄰近導(dǎo)引塊42中的不同導(dǎo)引塊定位的一對編碼器頭60包含測量光學(xué)器件組合件載物臺22的偏轉(zhuǎn)角度及所行進(jìn)距離的位置傳感器。接近于導(dǎo)引軌道40、導(dǎo)引塊42以及驅(qū)動(dòng)載物臺22及沈中的每一者的線性電機(jī)46放置所述位置傳感器確保以最小的諧振效應(yīng)進(jìn)行有效的閉環(huán)反饋控制。編碼器頭60 中所包含的限位開關(guān)由附接到襯底12的磁體(未展示)解扣。一對阻尼器64抑制并停止光學(xué)器件組合件載物臺22的運(yùn)動(dòng)以防止其離開導(dǎo)引軌道40的超程移動(dòng)。在襯底12中導(dǎo)引軌道40之間且沿著其長度形成的橢圓形槽66提供一開口，掃描透鏡30可隨著光學(xué)器件組合件載物臺22沿著導(dǎo)引軌道40移動(dòng)而在所述開口內(nèi)行進(jìn)。形成于襯底12中的臺階式凹部18的區(qū)中的一對通孔68提供從上部表面14到編碼器頭60 的操作者維修通路以維持其對準(zhǔn)。圖4詳細(xì)展示與圖2的第二導(dǎo)軌組合件M操作相關(guān)聯(lián)的試樣載物臺26。第二導(dǎo)軌組合件M包含導(dǎo)引軌道、U形導(dǎo)引塊、線性電機(jī)、U形通道磁體軌、磁體、驅(qū)迫器芯組合件及編碼器頭，這些裝置對應(yīng)于上文結(jié)合第一導(dǎo)軌組合件20所描述的那些裝置且由與其相同的參考編號識別。線性電機(jī)46及第二導(dǎo)軌組合件M的組件以及由第二導(dǎo)軌組合件M 支撐的組件安裝于試樣載物臺床72的表面70上。載物臺22及沈以及電機(jī)46的機(jī)械布置導(dǎo)致載物臺22及沈的減少的縱傾及側(cè)傾且增強(qiáng)高速運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。電機(jī)46在載物臺22及沈的相對側(cè)上的對稱放置改進(jìn)對偏轉(zhuǎn)的控制。沿著載物臺22及沈的側(cè)而非在其下方放置電機(jī)46使對關(guān)鍵組件及位置傳感器的熱擾動(dòng)最小化。第二導(dǎo)軌組合件M及支撐卡盤32的試樣載物臺沈裝配到臺階式凹部18中且緊固于其內(nèi)。試樣載物臺床72的表面70緊固在下部主表面16的表面部分74上鄰近臺階式凹部18的較寬下部部分處，且卡盤32定位于下部主表面16的臺階式凹部18的最內(nèi)部分下面且響應(yīng)于由使試樣載物臺沈沿著第二導(dǎo)軌組合件M移動(dòng)的線性電機(jī)46賦予的原動(dòng)力而在所述最內(nèi)部分下面移動(dòng)。編碼器頭60中所包含的限位開關(guān)由附接到襯底12的磁體 (未展示)解扣。一對阻尼器78抑制并停止試樣載物臺沈的運(yùn)動(dòng)以防止其離開導(dǎo)引軌道
740的超程移動(dòng)。導(dǎo)軌組合件M的第一替代方案為使用試樣載物臺床72作為支承臺面或?qū)б娴拇判灶A(yù)載空氣軸承。磁性預(yù)載空氣軸承的使用需要移除每一導(dǎo)引軌道40從而暴露試樣載物臺床72的表面部分且需要移除每一導(dǎo)引塊42從而在試樣載物臺沈的底部表面上提供用于安裝空氣軸承(其中其(多孔)支承面經(jīng)定位以與暴露的表面部分相對)的空間?，F(xiàn)在參考圖5A，其詳細(xì)圖解說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的雙橫梁撓曲件400。至少一個(gè)撓曲件400中的每一者可包含撓曲件400的雙橫梁部分402，雙橫梁部分402具有垂直延伸橫截面積減小的至少一組第一及第二平行伸長水平延伸的橫梁404、406。每一組平行伸長橫梁404、406允許響應(yīng)于原動(dòng)力而沿對應(yīng)于激光束348的束軸206的Z軸方向的移動(dòng)。至少一個(gè)撓曲件400中的每一者可包含支撐部分408，支撐部分408具有橫截面積分別擴(kuò)大的至少一組410第一及第二垂直延伸的伸長支撐部件412、414。第一及第二支撐部件412、414借助第一及第二平行伸長橫梁404、406而彼此連接，第一及第二平行伸長橫梁404、406彼此垂直間隔開且在第一與第二支撐部件412、414之間延伸。第一及第二平行伸長橫梁404、406允許響應(yīng)于原動(dòng)力而沿對應(yīng)于激光束348的束軸206的Z軸方向的移動(dòng)，激光束348穿過透鏡30從而形成激光束348的聚焦區(qū)以入射在安裝于支撐卡盤32上的目標(biāo)試樣的工作表面上。第一支撐部件412可連接到支撐透鏡30的外殼或組合件202。至少一個(gè)撓曲件400可包含第二雙橫梁部分416，第二雙橫梁部分416具有垂直延伸橫截面積減小的至少第三及第四平行伸長水平延伸的橫梁418、420。每一組平行伸長橫梁404、406及418、420允許響應(yīng)于原動(dòng)力而沿對應(yīng)于激光束348的束軸206的Z軸方向的移動(dòng)，激光束348穿過透鏡30從而形成激光束348的聚焦區(qū)以入射在安裝于支撐卡盤32 上的目標(biāo)試樣的工作表面上。至少一個(gè)撓曲件400可包含第二支撐部分422，第二支撐部分422具有至少一組似4第三及第四支撐部件426、428。所述第三及第四支撐部件可為面向彼此且通過橫梁 418、420中的一者而彼此連接的垂直間隔開的L形配置，橫梁418、420中的所述一者從支撐部件426、428中的對應(yīng)一者延伸，其中每一橫梁418、420連接到第二支撐部件414的相對端430、432，如圖5A中最佳所見。第三及第四支撐部件似6、4觀可連接到光學(xué)器件組合件載物臺22的框架或支撐部件434，如圖5C及圖5D中最佳所見。簡要參考圖6，透鏡驅(qū)迫器組合件210可包含可移動(dòng)部件276，可移動(dòng)部件276經(jīng)導(dǎo)引以沿著束軸206移動(dòng)，且操作地連接到透鏡30以賦予原動(dòng)力從而使透鏡30沿著束軸 206移動(dòng)且借此相對于安裝于卡盤32上的目標(biāo)試樣的工作表面調(diào)整激光束348的聚焦區(qū)。 所述原動(dòng)力可由透鏡驅(qū)迫器組合件210(通過舉例而非限制的方式，例如音圈致動(dòng)器)提供以相對于安裝于卡盤32上的目標(biāo)試樣的工作表面調(diào)整激光束348的聚焦區(qū)并控制透鏡30 的移動(dòng)。現(xiàn)在參考圖5B到圖5E及圖6，在其中激光束348沿著束軸206傳播且穿過透鏡30 以入射在安裝于卡盤32上的目標(biāo)試樣的工作表面上的激光處理系統(tǒng)10中，透鏡30形成激光束348的聚焦區(qū)且支撐件32操作地連接到多軸定位系統(tǒng)10，多軸定位系統(tǒng)10使激光束 348與目標(biāo)試樣相對于彼此移動(dòng)以將激光束348定位于所述目標(biāo)試樣的工作表面上的選定位置處。包含至少一個(gè)撓曲件400的組合件22支撐透鏡30，且響應(yīng)于原動(dòng)力而導(dǎo)引透鏡30沿著束軸206移動(dòng)以相對于目標(biāo)試樣的工作表面調(diào)整激光束348的聚焦區(qū)。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)撓曲件400可包含多個(gè)撓曲件400，其中每一撓曲件400可等同于其它撓曲件 400。多個(gè)撓曲件400可在平行垂直延伸的Z軸定向上在支撐透鏡30的外殼230的相對側(cè)上且沿著彼此垂直水平延伸的X軸及Y軸定位。多個(gè)撓曲件400可包含位于至少一個(gè)共用的平行垂直延伸Z軸上的一個(gè)以上撓曲件400。在一個(gè)實(shí)施例中，一對撓曲件400可彼此垂直間隔開，其中對應(yīng)的垂直間隔開的撓曲件400對相對于激光束348的束軸206圍繞外殼 230間隔成處于有角度位置。垂直間隔開的撓曲件400對可相對于激光束348的束軸206 圍繞外殼230相對于彼此間隔成約90°。至少一個(gè)撓曲件400可包含多個(gè)撓曲件400，所述多個(gè)撓曲件400作為一群組起作用以將透鏡30支撐為抵抗沿著在水平平面中延伸且相對于彼此垂直定位的X軸及Y軸的移動(dòng)，同時(shí)允許相對于激光束348的束軸206沿著平行垂直延伸的Z軸的短沖程移動(dòng)。圖6圖解說明控制子系統(tǒng)觀的組件及其在激光光學(xué)器件組合件載物臺22上的安裝。如上文所簡要提及，控制子系統(tǒng)觀可包含通過軛組合件212耦合到含在組合件202的內(nèi)部中的掃描透鏡30的透鏡驅(qū)迫器組合件210。透鏡驅(qū)迫器組合件210(其優(yōu)選地為音圈致動(dòng)器)借助軛組合件212賦予使掃描透鏡30沿著束軸206移動(dòng)且借此使激光束的聚焦區(qū)移動(dòng)到選定位置的原動(dòng)力。音圈致動(dòng)器210包含大體圓柱形外殼230及由其上卷繞有銅導(dǎo)線的磁芯形成的環(huán)狀線圈232。圓柱形外殼230與環(huán)狀線圈232同軸對準(zhǔn)，且環(huán)狀線圈232響應(yīng)于施加到音圈致動(dòng)器210的控制信號(未展示)而軸向移動(dòng)進(jìn)及移動(dòng)出外殼230。優(yōu)選的音圈裝置210為可從加利福尼亞州維斯塔的北金克磁性裝置公司(BEI Kimco Magnetics, Vista, Calif.) 購得的LA 28-22-006Z號致動(dòng)器。環(huán)狀線圈232延伸穿過具有相對側(cè)部件238的音圈橋236中的大體圓形開口 234， 相對側(cè)部件238擱置于安裝于激光光學(xué)器件組合件載物臺22上的立柱MO (圖1)上以提供對激光束聚焦區(qū)控制子系統(tǒng)觀的支撐。音圈橋236在兩個(gè)相對側(cè)突出部M2中的每一者中包含含有管狀外殼250的孔M4，從導(dǎo)引支座256的上部表面2M延伸的桿252穿過管狀外殼250。每一桿252具有自由端258。導(dǎo)引支座256在其上部表面邪4上具有環(huán)狀基座沈0，環(huán)狀線圈232擱置于環(huán)狀基座260上。兩個(gè)堆疊的軸向?qū)?zhǔn)線性球襯套264裝配于含在音圈橋236的側(cè)突出部M2的每一孔M4中的管狀外殼250中。穿過球襯套沈4的桿 252的自由端258由桿夾具266頂蓋以提供環(huán)狀線圈232沿著束軸206的下部行程限制的硬停止件。外殼230具有定位成與環(huán)狀線圈232的中心、音圈橋236的開口 234及導(dǎo)引支座 256的環(huán)狀基座沈0的中心同軸對準(zhǔn)的圓形開口 270。中空鋼軸272延伸穿過外殼230的開口 270，且六角螺母274將中空鋼軸272與柔性管狀鋼部件276連接成軸向?qū)?zhǔn)，鋼部件 276耦合到如下文進(jìn)一步描述的軛組合件212。六角螺母274經(jīng)定位成與環(huán)狀線圈232的下部表面278接觸以響應(yīng)于環(huán)狀線圈232的進(jìn)出軸向移動(dòng)而沿著驅(qū)動(dòng)或Z軸280驅(qū)動(dòng)柔性鋼部件276。中空鋼軸272穿過螺旋彈簧觀2的中心且沿著螺旋彈簧觀2的軸，螺旋彈簧 282被局限于外殼230的頂部表面284與固定于中空鋼軸272的自由端290處的圓柱形彈簧保持件286之間。螺旋彈簧282在不存在施加到音圈致動(dòng)器210的控制信號的情況下將環(huán)狀線圈232偏置到其沿著Z軸觀0的沖程的中點(diǎn)。
軛組合件212包含相對軛側(cè)板300 (僅展示一者)，相對軛側(cè)板300在一端302處緊固到軛環(huán)306的表面304且在另一端308處緊固到多級矩形軛支座310。形成有圓柱形外圍312且具有環(huán)狀頂部凸緣314的掃描透鏡30裝配于軛組合件212中，使得頂部凸緣 314擱置于軛環(huán)306的表面304上。掃描透鏡30含在組合件202的內(nèi)部中且由一個(gè)或一個(gè)以上撓曲件部件400(圖5A到圖5E)支撐。用以支撐組合件202的撓曲件支撐部件400的實(shí)施方案增加掃描透鏡30在X-Y平面中的剛度，同時(shí)允許掃描透鏡30以非常順暢的受控方式沿著Z軸移動(dòng)。柔性鋼部件276具有自由端320，自由端320裝配于軛支座310的上部表面3M中的凹部322中以使其沿著Z軸280移動(dòng)且借此使掃描透鏡30沿著束軸206移動(dòng)。固持編碼器3 且附接到音圈橋236的編碼器頭支座3 與固持編碼器標(biāo)度尺且附接到導(dǎo)引支座 256的編碼器主體支座330協(xié)作以使用光衍射原理測量導(dǎo)引支座256響應(yīng)于環(huán)狀線圈232 的移動(dòng)而相對于音圈橋236的位移。由于柔性管狀鋼部件276附接到環(huán)狀線圈232，因此所測量的位移表示掃描透鏡30沿著束軸206的位置。緊固于安裝環(huán)342上適當(dāng)位置中的四分之一波板340定位于矩形軛支座310的下部表面344與掃描透鏡30的頂部凸緣314之間。附接到光學(xué)器件組合件載物臺22 (圖3) 的束偏轉(zhuǎn)裝置346(例如壓電快速轉(zhuǎn)向鏡)定位于矩形軛支座310與四分之一波板340之間。快速轉(zhuǎn)向鏡346接收沿著束軸206傳播的傳入激光束348并引導(dǎo)激光束348穿過四分之一波板340及掃描透鏡30。四分之一波板340對傳入的線性偏振激光束賦予圓形偏振， 且快速轉(zhuǎn)向鏡346引導(dǎo)圓形偏振的激光束以入射在支撐于試樣載物臺沈上的目標(biāo)試樣的工作表面的選定位置上。當(dāng)快速轉(zhuǎn)向鏡346處于其中性位置中時(shí)，Z軸觀0、束軸206及激光束348的傳播路徑共線。當(dāng)快速轉(zhuǎn)向鏡346在操作中時(shí)，激光束348的傳播路徑與束軸 206大體對準(zhǔn)。柔性鋼部件276在Z軸方向上為剛性，但在X-Y平面中為順應(yīng)性。柔性鋼部件276 的這些性質(zhì)使得其能夠充當(dāng)緩沖器，從而隔離含有掃描透鏡30的組合件202的導(dǎo)引動(dòng)作與使掃描透鏡30移動(dòng)的透鏡驅(qū)迫器組合件210的導(dǎo)引動(dòng)作。透鏡驅(qū)迫器組合件210及組合件202具有重心且沿著Z軸定位。透鏡驅(qū)迫器組合件210的音圈橋236具有兩個(gè)凹坑350，凹坑350的深度及橫截面積可經(jīng)定大小以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)重心的軸向?qū)?zhǔn)。此重心對準(zhǔn)消除控制系統(tǒng)洲中的力矩臂且借此幫助減小已知懸伸橫梁設(shè)計(jì)中存在的低諧振頻率振動(dòng)的傾向。其中可安裝定位系統(tǒng)10的可能類型激光處理系統(tǒng)的數(shù)個(gè)實(shí)例包含半導(dǎo)體晶片或其它試樣微加工、切割及熔絲處理系統(tǒng)。在晶片切割系統(tǒng)中，激光束348沿著晶片表面上的劃線位置移動(dòng)。在晶片熔絲處理系統(tǒng)中，脈沖式激光束348相對于晶片表面熔絲位置移動(dòng)以對其進(jìn)行輻照使得激光脈沖部分地或完全地移除熔絲材料。盡管已結(jié)合某些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明并不限于所揭示的實(shí)施例，而是相反打算涵蓋所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)所包含的各種修改形式及等效布置，所述范圍被賦予最廣解釋以便涵蓋法律所準(zhǔn)許的所有此類修改形式及等效結(jié)構(gòu)。
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權(quán)利要求
1.一種激光處理系統(tǒng)，在所述激光處理系統(tǒng)中激光束沿著束軸傳播且傳播穿過透鏡以入射在安裝于支撐件上的目標(biāo)試樣的工作表面上，所述透鏡形成所述激光束的聚焦區(qū)且所述支撐件操作地連接到多軸定位系統(tǒng)，所述多軸定位系統(tǒng)使所述激光束與所述目標(biāo)試樣相對于彼此移動(dòng)以將所述激光束定位于所述工作表面上的選定位置處，所述激光處理系統(tǒng)的特征在于包含至少一個(gè)撓曲件的組合件，所述至少一個(gè)撓曲件支撐所述透鏡且響應(yīng)于原動(dòng)力而導(dǎo)引所述透鏡沿著所述束軸移動(dòng)以相對于所述工作表面調(diào)整所述激光束的所述聚焦區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括多個(gè)撓曲件，每一撓曲件彼此等同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述多個(gè)撓曲件在平行垂直延伸的Z軸定向上在支撐所述透鏡的外殼的相對側(cè)上且沿著彼此垂直水平延伸的X軸及Y軸定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括多個(gè)撓曲件，其作為一群組起作用以將所述透鏡支撐為抵抗沿著彼此垂直水平延伸的 X軸及Y軸的移動(dòng)，同時(shí)允許沿著垂直延伸的Z軸的短沖程移動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括所述撓曲件的雙橫梁部分，其具有垂直延伸橫截面積減小的至少一組第一及第二平行伸長水平延伸的橫梁，每一組平行伸長橫梁允許響應(yīng)于所述原動(dòng)力而沿Z軸方向的移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括所述撓曲件的支撐部分，其具有橫截面積分別擴(kuò)大的至少一組第一及第二垂直延伸的伸長支撐部件，所述第一及第二伸長支撐部件借助所述第一及第二平行伸長橫梁而彼此連接，所述第一及第二平行伸長橫梁彼此垂直間隔開且在所述第一與第二支撐部件之間延伸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括所述撓曲件的第二雙橫梁部分，其具有垂直延伸橫截面積減小的至少第三及第四平行伸長水平延伸的橫梁，每一組平行伸長橫梁允許響應(yīng)于所述原動(dòng)力而沿Z軸方向的移動(dòng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)撓曲件進(jìn)一步包括所述撓曲件的第二支撐部分，其具有橫截面積分別擴(kuò)大的至少一組第三及第四支撐部件，所述第三及第四支撐部件為相對于彼此定向成面向關(guān)系且通過所述伸長橫梁中的一者而彼此連接的垂直間隔開的L形配置，所述伸長橫梁中的所述一者從所述支撐部件中的對應(yīng)一者延伸，其中每一橫梁連接到所述第二支撐部件的相對端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的激光處理系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括透鏡驅(qū)迫器，其包含可移動(dòng)部件，所述可移動(dòng)部件經(jīng)導(dǎo)引以沿著所述束軸移動(dòng)且操作地連接到所述透鏡以賦予所述原動(dòng)力從而使所述透鏡沿著所述束軸移動(dòng)且借此相對于所述工作表面調(diào)整所述激光束的所述聚焦區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述透鏡驅(qū)迫器包含控制所述可移動(dòng)部件的所述移動(dòng)的音圈致動(dòng)器。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的激光處理系統(tǒng)，其進(jìn)一步包括隔離撓曲件裝置，其作為所述透鏡驅(qū)迫器與所述透鏡之間的緩沖器而操作以隔離所述透鏡驅(qū)迫器的所述可移動(dòng)部件的所述經(jīng)導(dǎo)引移動(dòng)與由所述透鏡驅(qū)迫器的所述可移動(dòng)部件賦予所述透鏡的所述經(jīng)導(dǎo)引移動(dòng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光處理系統(tǒng)，其中所述隔離撓曲件裝置沿著所述束軸為剛性的且在橫切于所述束軸的平面中為順應(yīng)性的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光處理系統(tǒng)，在所述激光處理系統(tǒng)中激光束沿著束軸傳播且傳播穿過透鏡以入射在安裝于支撐件上的目標(biāo)試樣的工作表面上。所述透鏡形成所述激光束的聚焦區(qū)。所述支撐件操作地連接到多軸定位系統(tǒng)，所述多軸定位系統(tǒng)使所述激光束與所述目標(biāo)試樣相對于彼此移動(dòng)以將所述激光束定位于所述工作表面上的選定位置處。組合件包含至少一個(gè)撓曲件，所述至少一個(gè)撓曲件支撐所述透鏡且響應(yīng)于原動(dòng)力而導(dǎo)引所述透鏡沿著所述束軸移動(dòng)以相對于所述工作表面調(diào)整所述激光束的所述聚焦區(qū)。
文檔編號B23K26/04GK102333615SQ201080009481
公開日2012年1月25日 申請日期2010年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者馬克·T·科斯莫夫斯基 申請人:電子科學(xué)工業(yè)有限公司