专利名称：解耦、多级的定位系统的制作方法
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 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。
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的马达驱动器包括一线性马达46，此线性马达46被安装于上方主要表面14上且沿着 每个导引轨条40的全长安装。线性马达46施加推动力来推动其对应的导引块42，用于沿 着其对应的导引轨条40产生滑动。每个线性马达46包括一个U通道磁铁轨道48，固持沿 着导引轨条40的全长所配置的分隔开的直线阵列多个磁铁50。定位于此直线阵列的磁铁 50之间的一个压入器线圈组件52连接至光学组件级台22的底部表面44，且构成用以移动 光学组件级台22的线性马达46的移动构件。适合的线性马达46是能从宾州匹兹堡航空 技术法人公司获得的型号为MTH480的线性马达。图2所示的第一导轨组件20的每对导轨40-导引块42是一个滚动元件轴承组件。 用于导轨组件20的替代方案包括扁平的空气轴承或真空预负载空气轴承。使用任一种空 气轴承都必须能够移除每个导引轨条40、暴露出上方表面14的表面部位以形成导引表面、 且以轴承的导引表面或轴承表面代替每个装附至激光光学组件级台22的底部表面44的导 引块42。具有一压力口及一真空口的真空预负载空气轴承将同时将它们本身保持在下方且 将它们本身举离导引表面。使用真空预负载空气轴承仅需要一个扁平导引表面，反之使用 相向的轴承预负载则需要两个扁平平行的导引表面。可以从宾州Aston市纽威机器零件法 人公司获得适当的空气轴承。因此，根据所使用的导轨组件的类型，上方主要表面14的表 面部位可以代表导轨安装接触表面或轴承表面非接触导引表面。固定至光学组件级台22的底部表面44且被定位成邻接不同导引块42的一对编 码器头部60包含多个位置感测器，其测量光学组件级台22的偏航角(yaw angle)及行进 的距离。将位置感测器放置在接近导引轨条40、导引块42及驱动各级台22与沈的线性马 达46处，能确保具有最小共振效果的有效封闭回路式反馈控制。一对挡止构件62反应于 限制开关而限制导引块42的行进距离，限制开关包括在编码器头部60之内而由接附至基材12的磁铁(未显示)所启动。一对减震器(dashp0t)64抑制并停止光学组件级台22的 运动，以防止它过度移动而脱离导引轨条40。在导引轨条40之间且沿着其全长的形成在基材12中的一个椭圆狭缝66提供一 个开口，当光学组件级台22沿着导引轨条40移动时，扫描透镜30可以在此开口内行进。形 成在基材12中的阶梯状凹穴18区域中的一对通孔68可以提供操作人员从上方表面14到 编码器头部60的维修入口，由此维持其对齐状况。图4详细显示与图2的第二导轨组件M以操作方式结合的样本级台26。第二导 轨组件M包括导引轨条、U形导引块、线性马达、U通道磁铁轨道、磁铁、压入器线圈组件及 编码器，这些元件均对应于且通过上文针对第一导轨组件20所使用的相同元件符号。线性 马达46及第二导轨组件M的元件及第二导轨组件M所支撑的元件被安装于一个样本级 台床72的表面70上。级台22 J6及马达46的机械配置导致级台22与沈的俯仰及横摇减少，且增进高 速运动的精确性。将马达46对称放置在级台22与沈的相反两侧上可增进偏离角度的控 制。沿着级台22与沈的侧边放置马达46可将重要元件与位置感测器的热干乱降低到最 小的程度，这一点与将马达放置在级台底下相反。第二导轨组件M与支撑着夹头32的样本级台沈被装配且固定于阶梯状凹穴18 之中。样本级台床72的表面70被固定成紧靠着下方主要表面16的表面部位74而邻接阶 梯状凹穴18的较宽的下方部位，而夹头32被定位在下方主要表面16的阶梯状凹穴18最 内侧部位下方，且在其下方反应于线性马达46所施加的推动力而移动，而线性马达使样本 级台26沿着第二导轨组件M移动。一对挡止构件76反应于限制开关而限制导引块42的 行进距离，限制开关包括在编码器头部60之内而由接附至基材12的磁铁(未显示)所启 动。一对减震器78抑制并停止样本级台沈的运动，以防止它过度移动脱离导引轨条40。对于导轨组件M的第一替代方案是磁性预负载空气轴承，其使用样本级台床72 作为轴承台或导槽。使用磁性预负载空气轴承必须要能够移除每个导引轨条40，暴露出样 本级台床72的表面部位，且移除每个导引块42，在样本级台沈的底部表面上提供安装空气 轴承用的空间，使其(多孔)轴承面被定位成相对于暴露的表面部位。图5A是显示在此第一替代配置方式中两个磁性预负载空气轴承100的放置情形 的示意图。钢板或钢叠层薄板结构102被固定于介于驱动器线圈组件52之间的空间中的 表面70上，且沿着驱动器线圈组件52的全长延伸。两个隔开的扁平空气轴承100被固定 至样本级台26的底部表面106的对应表面部位104，且沿着线性马达46的长度延伸。适当 的空气轴承可以是从宾州Aston市纽威机器零件法人公司获得的碳化硅多孔媒介扁平轴 承系列零件型号第Slxxxxx。一个片状磁铁108定位于样本级台沈的底部表面106上的空 气轴承100之间的空间内，且在空间中对齐钢板102，使得磁铁108与钢板102的暴露表面 会彼此面对。磁性吸引力向下推动片状磁铁108朝向钢板或钢叠层薄板102，如图5A中朝 下指的箭头所示。而且，空气轴承100的净力从样本级台床72向上推动样本级台沈远离 表面70，如图5A中的两个平行向上指的箭头所示。同时施加相反的磁力与加压空气在空气 轴承100的(多孔)轴承面112与表面70上的轴承导槽114之间的空间110中产生空气 薄膜。空气轴承100的上升作用力等于样本级台沈的重量加上磁铁108的磁力的总和的 两倍。线性马达46施加推进力，而沿着轴承导槽114的长度而产生样本级台沈的几乎零磨擦的运动。关于导轨组件M的第二替代方案是真空预负载空气轴承，其使用样本级台床72 作为轴承台或导槽。类似于上述关于导轨组件20的第一替代方案，使用真空预负载空气轴 承必须能够移除每个导引轨条40，暴露出样本级台床72的表面部位114，及移除每个导引 块42，在样本级台沈的底部表面106上提供用于安装真空预负载空气轴承用的空间，且其 压力台定位成相对于暴露表面部位114。图5B是显示在第二替代配置方式中的两个真空预负载空气轴承120的放置情形 的示意图。两个隔开的真空预负载空气轴承120被固定至样本级台沈底部表面106的对 应的表面部位104，且沿着线性马达46的长度延伸。适当的空气轴承是可以从宾州Aston 市纽威机器零件法人公司获得的真空预负载空气轴承系列零件型号第S20XXXX。真空预负 载轴承120同时将它们本身保持向下且将它们本身举离表面70上的轴承导槽114。每个真 空预负载轴承120具有被分成隔开的平台部位12 与122b的压力台。在此平台部位12 与122b之间有一真空区域124。同时施加与空气分布的压力与真空压力在真空预负载空气 轴承120的压力平台部位12 与122b与表面70上的轴承导槽114之间的空间126中产 生空气薄膜。线性马达46施加推进力，而沿着轴承导槽114的长度产生样本级台沈几乎 零磨擦的运动。关于导轨组件M的第三替代方案，在缺少样本级台床72的情形下，必须使用第一 替代方案的磁性预负载空气轴承，或第二替代方案的真空预负载空气轴承、以及各个导引 轨条40及各个导引块42。图5C是显示沿着基材12的底部表面142而搭坐于磁性预负载空气轴承或真空预 负载空气轴承140上的样本级台沈的示意图。当基材12处于水平位置时，磁性预负载或 真空预负载空气轴承140发展出足够的作用力来克服当样本级台沈沿着底部表面142行 进时本身的重力。熟知此项技术者可以理解到，可以类似地采用激光光学组件级台22，使其 沿着基材12的上主要表面14而搭坐于磁性预负载空气轴承或真空预负载空气轴承上。级 台结构可以使用机械线性导引件来取代上述空气轴承。可以在此定位系统设计中实施其它 测量位置用的装置，例如干涉仪。基材12的质量足以解耦光学组件级台22的质量与样本级台沈包含安装于其上 的样本的质量，使得其中一个级台22与沈的导引运动可以提供另一级台可忽略的推动力。 沿着X轴与Y轴移动的级台22与沈的质量很小，由此可产生高加速度与高速度的加工处 理，且限制在线性马达46中产生热量。因为激光光束焦点区域控制子系统观的质量中心 对齐光学组件级台22的质量中心，所以可将光学组件级台22移动中的干扰降到最低的程 度。激光光学组件级台22具有一个容纳控制子系统观的开口 200，此控制子系统包括 一个含有扫描透镜30的空气轴承组件202。当激光光束大体上沿着光束轴线206(其为扫 描透镜30的光学轴线)传播且通过扫描透镜30而入射于样本级台沈上所支撑的目标样 本的加工表面时，控制子系统观可控制扫描透镜30所形成的激光光束焦点区域的轴向位置。图6更详细显示控制子系统观的组件及其在激光光学组件级台22上的安装情 形。参考图6，控制子系统28包括一个透镜驱动器组件210，此透镜驱动器组件通过一轭组件212而耦接至容纳于空气轴承组件202的空气轴衬214内部中的扫描透镜30。适 当的空气轴衬是可以从宾州Aston市纽威机器零件法人公司获得的空气轴衬零件编号第 S307501。最好是声音线圈致动器的透镜驱动器组件210通过此轭组件212而施加一股推 进力，该推进力移动扫描透镜30且由此移动激光光束的焦点区域至沿着光束轴线206的选 择位置。声音线圈致动器210包括一个大体上圆柱形的外壳230及一个由一个卷绕有铜线 的磁性核心所形成的环状线圈232。圆柱形外壳230与环状线圈232同轴地对齐，且环状线 圈232可以反应于施加到声音线圈致动器210的控制信号(未显示)而轴向地移入及移出 外壳230。较佳的声音线圈装置210是从加州Vista的BEI Kimco Magnetics获得的第LA 28-22-006Z 致动器。环状线圈232延伸通过声音线圈桥接物236中的一个圆形开口 234，此桥接物具有 停靠在立柱MO (图1)上的相向侧边构件238，这些立柱安装于激光光学组件级台22上，用 以对激光光束焦点区域控制子系统观提供支撑。声音线圈桥形物236在两个相向的侧边 突起242的每个中都包括一孔洞M4，此孔洞244含有一管状壳体250，杆子252从导引支 架256的上方表面邪4延伸通过该管状壳体。每个杆子252都具有一自由端258。导引支 架256在其上方表面2M具有一环形台座沈0，环状线圈232停靠在该台座上。两个相叠 的、轴向对齐的线性滚珠轴衬264装配于管状外壳250内，管状外壳容纳于声音线圈桥接物 236的侧边突起M2的各个孔洞M4内。通过滚珠轴衬沈4的杆子252的自由端258被杆 子夹具266所覆盖住，用以沿着光束轴线206提供环状线圈232的行进下限的坚硬挡止。外壳230具有一个圆形开口 270，其定位成与环状线圈232的中心、声音线圈桥接 物236的开口 234、及导引支架256的环状台座沈0的中心同轴地对齐。一中空钢轴272延 伸通过外壳230的开口 270，而且，一个六角螺帽274以轴向对齐方式连接中空钢轴272及 一个如下文进一步描述的耦接至轭组件212的挠性管状钢构件276。六角螺帽274被定位 成接触环状线圈232的下方表面278，用以反应于环状线圈232的轴向进出运动而沿着一 驱动轴或Z轴280驱动挠性钢构件276。中空钢轴272通过一线圈弹簧282的中心且沿着 该线圈弹簧观2的轴线，该线圈弹簧282被局限于外壳230的顶部面观4以及一个固定于 中空钢轴272的自由端290处的圆柱形弹簧固持器286之间。在没有施加至声音线圈致动 器210的控制信号的情况下，线圈弹簧282将环状线圈232偏压到沿着其沿着Z轴观0的 行程的中点。轭组件212包括相向的轭侧板300 (图中仅显示一个)，这些轭侧板在一端部302 处被固定至一轭环306的表面304上，而在另一端部308处被固定至一多层的矩形轭支架 310。形成有圆柱形外围312且具有一环形顶部凸缘314的扫描透镜30装设在轭组件212 内，使得顶部凸缘314停靠在轭环306的表面304上。包含在空气轴衬214内部中的扫描 透镜30形成空气轴承组件202的内环，而空气轴衬214的内部表面316则形成空气轴承组 件202的外环。实施空气轴承组件202增加了扫描透镜30在X-Y平面中的刚性，但允许扫 描透镜30能以一种非常平顺、受到控制的方式沿着Z轴移动。挠性钢构件276具有一个自由端320，此自由端装配于轭支架310上方表面3 中 的一个凹穴322内，用以将轭支架310沿着Z轴280移动，且由此可以沿着光束轴线206移 动扫描透镜30。固持住编码器3 且被接附至声音线圈桥接物236的一个编码器头部支架
10326与一个固持编码器刻度且被接附至导引支架256上的编码器本体支架330 —起合作，用 以利用光线衍射原理测量导引支架256反应于环状线圈232的运动而相对于声音线圈桥接 物236的位移。因为挠性管状钢构件276接附至环状线圈232，所以测量出来的位移可代表 扫描透镜30沿着光束轴线206的位置。固定于安装环342上的适当位置的四分之一波片340被定位于矩形轭支架310的 下方表面344与扫描透镜30的顶部凸缘314之间。接附至光学组件级台22 (图幻的光束 偏向装置346，例如压电快速转向镜，被定位于矩形轭支架310与四分之一波片340之间。 快速转向镜346接受沿着光束轴线206传播的进入激光光束348，且导引此激光光束348通 过四分之一波片340与扫描透镜30。四分之一波片340对进入的线性极化激光光束实加圆 形偏振，且快速转向镜346导引圆形偏振的激光光束以入射于样本级台沈上所支撑的一个 目标样本的加工表面的选定位置上。当快速转向镜346处于其空档位置时，Z轴观0、光束 轴线206及激光光束348的传播路径是在同一条直线上的。当操作快速转向镜346时，激 光光束348的传播路径大体上对齐光束轴线206。挠性钢构件276在Z轴方向上是刚性的，但是在XY平面上是柔顺的。挠性钢构件 276的这些性质使它能够如缓冲器般地作用，将含有扫描透镜30的空气轴承组件202的导 引动作从移动扫描透镜30的透镜驱动器组件210的导引动作隔离开来。透镜压入器组件210与空气轴承组件202具有重心，且沿着Z轴定位。透镜压入 器组件210的声音线圈桥接物236具有两个凹入部位350，可以适当地决定凹入部位的深度 与剖面积的大小，以达到两个重心的轴向对齐。此种重心的对齐能消除控制系统观中的力 矩臂，且由此帮助减少在现有悬臂梁设计中存在的低谐振频率振动的倾向。其中可以安装定位系统10的激光加工系统的可能类型的数个实施例包括半导体 晶片或其他样本微加工、切块及熔接加工处理系统。在晶片切块系统中，激光光束348沿着 晶片表面上的刻划位置移动。在晶片熔接加工处理系统中，脉冲激光光束348可以相对于 熔丝的晶片表面位置移动，用以照射这些位置，使得激光脉冲可以局部或完全地移除熔线 材料。要知道的是对于熟知此项技术者来说，很明显地在不背离本发明原理的前提下， 可以对上述实例的细节进行许多变化。因此，本发明的范围应该由申请专利范围界定。
权利要求
1.一种解耦、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 之中移动经过此狭缝。
22.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述第一与第二级台支撑一个激光加工系统的元件，该第一级台支撑一个具有一个光 束轴线的扫描透镜，而且一激光光束沿着一大体上对齐该光束轴线的传播路径而传播通过 此扫描透镜，且该第二级台支撑一个固持样本的夹头；以及所述第一与第二级台的导引运动协作，以相对于该夹头所固持的样本表面上的激光光 束加工位置移动该光束轴线。
23.根据权利要求22所述的定位系统，其中，该激光加工系统可执行该样本的微加工。
24.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述第一与第二级台支撑一个半导体晶片切块系统的元件，该第一级台支撑一个切割 装置，且该第二级台支撑住一个固持晶片的夹头；以及所述第一与第二级台的导引运动系协作，以沿着该夹头所固持的晶片表面上的晶片刻 划位置移动该切割装置，以便将该晶片切块。
25.根据权利要求1所述的定位系统，其中，所述第一与第二级台支撑一个半导体晶片熔接加工系统的元件，该第一级台支撑一个 晶片熔接加工装置，且该第二级台支撑一个固持半导体晶片的夹头；以及所述第一与第二级台的导引运动协作，用以相对于该夹头所固持的半导体晶片表面上 的熔接位置移动该晶片熔接加工装置；以及所述第一与第二级台的导引运动协作，用以相对于该夹头所固持的样本表面上的激光 光束加工位置移动该光束轴线。
26.根据权利要求25所述的定位系统，其中，该晶片熔接加工装置执行半导体晶片熔 接照射。
27.根据权利要求22所述的定位系统，其中，该扫描透镜形成一部分的光学组件，该光 学组件与该第一级台一起界定出第一质量中心，且其中该光束轴线与第一质量中心彼此一 致。
28.一种激光加工系统，其中，一激光光束沿着一光束轴线传播且通过一透镜，用于入 射在一安装在一支架上的目标样本的加工表面上，该透镜形成激光光束的焦点区域，且该 支架操作式地连接至一多轴式定位系统上，该定位系统将激光光束与目标样本相对于彼此移动，用以将激光光束定位于加工表面上的选定位置，其改进之处包含一空气轴承组件，其包含一空气轴衬，该空气轴衬包含透镜且反应于施加至该透镜上 的推动力而引导该透镜沿着该光束轴线移动，由此调整激光光束相对于加工表面的焦点区 域。
29.根据权利要求观所述的激光加工系统，其中，该空气轴衬具有一内部表面，且其 中，该透镜具有一个界定出该透镜的轴承表面的外径，该透镜的轴承表面如同该空气轴承 的内环而操作，且该空气轴衬的内表面如同该空气轴衬的外环而操作。
30.一种激光加工系统，其中，一激光光束沿着一光束轴线传播且通过一透镜，用于入 射在一安装在一支架上的目标样本的加工表面上，该透镜形成激光光束的焦点区域，且该 支架操作式地连接至一多轴式定位系统上，该定位系统将激光光束与目标样本相对于彼此 移动，用以将激光光束定位于加工表面上的选定位置，其改进之处包含一空气轴承组件，其包含一空气轴衬，该空气轴衬包含透镜且反应于施加至该透镜上 的推动力而引导该透镜沿着该光束轴线移动；以及一包含一个可移动构件的透镜压入器，该可移动构件被导引而可沿着该光束轴线移动 且被操作式地连接至该透镜，以便提供推动力来沿着该光束轴线移动该透镜，且由此调整 激光光束相对于加工表面的焦点区域。
31.根据权利要求30所述的激光加工系统，其中，该透镜压入器包括一声音线圈致动 器，其控制该可移动构件的运动。
32.根据权利要求30所述的激光加工系统，其中，该多轴式定位系统及透镜压入器界 定出一个位于第一位置上的导引元件重心，且含有透镜的空气轴承组件具有一个位于一个 与第一位置实质相同的第二位置上的重心。
33.根据权利要求30所述的激光加工系统，其更包含一隔离挠曲装置，其如同该透镜 压入器与透镜之间的缓冲器般地操作，用以使该透镜压入器的可移动构件的导引运动能从 该透镜压入器的可移动构件施加于透镜上的导引运动隔离开来。
34.根据权利要求33所述的激光加工系统，其中，该隔离挠曲装置沿着该光束轴线是 刚性的，而在横向于该光束轴线的平面中是柔顺的。
全文摘要
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。
文档编号B23K26/08GK102066038SQ200880005473
公开日2011年5月18日 申请日期2008年2月15日 优先权日2007年2月20日
发明者K·布鲁兰德, M·T·寇摩斯基 申请人:伊雷克托科学工业股份有限公司