[发明专利]解耦、多级的定位系统

说明书

技术领域

本发明内容涉及样本加工系统，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)。

背景技术

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。

发明内容

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^TM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，可以更加清楚本发明的其它观点及优点。

附图说明