專利名稱：用流體承載的定位盤以及用于使激光光學器件相對于該定位盤的軸偏置的裝置進行激光 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及定位裝置，該定位裝置準確地使激光投射或聚焦鏡與大型平基 板的表面保持一定的距離，目的是在處理過程中總是保持掩膜圖像或焦斑準確 地聚焦在基板表面上，并且可使激光束加工基板直至其邊緣。
背景技術(shù)：
我們早先的英國專利2400063和共同未決的英國專利申請0525111.l('在 先申請')中描述了一種'定位方法和裝置及其產(chǎn)品'。在其最寬范圍的方法及 方面中，這些在先申請?zhí)峁┮环N借助于激光對工件進行微加工的方法，該方法 包括以下步驟將工件放置在用于形成傳送系統(tǒng)一部分的承載件上，該承載件 可沿著平行于該工件的X-軸的路徑進行位移，Y-軸橫切所述路徑并且Z-軸橫 切所述路徑；使來自激光的輸出射束相對于工件的X, Y和Z軸確定基準位置, 并通過傳送系統(tǒng)使該工件沿著路徑進行位移，從而通過激光使工件能夠經(jīng)歷微 加工過程，其特征在于，該方法包括以下步驟在基準位置和工件表面上接近 該基準定位的區(qū)位之間保持距離；并適應(yīng)工件厚度的局部變化，從而使基準位 置相對于工件的表面保持固定的距離。繼續(xù)對在先申請作簡要描述，適應(yīng)工件厚度局部變化的步驟是通過使基準 位置位移以跟隨工件的表面。還注意到，保持距離的步驟通過測距裝置來執(zhí)行, 所述測距裝置包括承載在工件第一表面上的流體墊上的本體構(gòu)件，所述流體墊 由自本體構(gòu)件輸送的流體流建立，以使本體構(gòu)件與第一表面保持預(yù)定的距離; 如果本體構(gòu)件因工件厚度發(fā)生變化而由其當前的位置位移，則利用垂直于第一 表面的本體構(gòu)件的任何位置變化來移動焦點或成像透鏡，以使當前基準位置相 應(yīng)地變化，從而將工作基準位置還原為其相對于工件第一表面保持的預(yù)定距 離。較佳的是，相對于工件的第一側(cè)放置本體構(gòu)件，并相對于工件的第二側(cè)(與工件第一側(cè)相對)放置另一本體構(gòu)件，當工件的局部厚度減小時，用該另一本體 構(gòu)件來促使工件朝向所述本體構(gòu)件。這種包括承載在工件表面上方待微加工的本體構(gòu)件的測距裝置的概念現(xiàn)已有進一步發(fā)展。此后將這樣一種測距裝置稱為"定位盤(puck)"。該定位盤可以是幾種類型中的一種，在所有的情況中，流體層一般為空氣或其它氣體, 但在某些情況下可以是使定位盤的下側(cè)與基板表面分開的流體。定位盤可以具 有承載流體，該流體在朝向定位盤外側(cè)分布的區(qū)域上進入定位盤和基板之間的 間隙。在這種情況下，定位盤和基板表面之間的力總是設(shè)法促使它們分開?；?者，可在定位盤的中心位置將流體注射入定位盤和基板之間的間隙。這樣流體由注射點徑向地向外漫延產(chǎn)生文丘里效應(yīng)(venturi effect)，該效應(yīng)導致在定位 盤外圍下面形成低壓。這種真空狀態(tài)導致定位盤所受的力朝向基板表面。定位 盤中心位置的高壓以及定位盤邊緣處的低壓彼此平衡，并使得定位盤保持其在 基板上方的高度。這種類型的定位盤被稱為"伯努利定位盤(Bernoulli puck)"。也可使用一種圍繞外側(cè)注入流體并將真空狀態(tài)施加于中心區(qū)的定位盤。這樣一 種定位盤是公知的"真空預(yù)載(vacuum preloaded)"，它具有以下優(yōu)點真空 與壓力相互制衡，從而使定位盤與基板的間距穩(wěn)定。發(fā)明內(nèi)容根據(jù)本發(fā)明提供一種激光光學組件，其包括光學頭(12),其帶有成像或聚焦透鏡以及適于提供激光束(14)的透鏡控制 裝置，所述激光束沿射束(14)的軸在組件的基準點處產(chǎn)生掩膜圖像或射束焦點 (13);工作站(W)，其適于使基板工件(15)相對于基準點定位，從而使掩膜圖像或 射束焦點(13)沿著垂直于通過工作站(W)定位的基板工件(15)的射束(14)的軸而 定位；該工作站(W)還適于使工件(15)在給定的方向(X, Y)中橫切射束(14)的軸 而位移；定位盤(11)以及可在工作站(W)上的基板工件(15)的定位盤區(qū)上面流體承 載該定位盤的裝置；以及連接裝置，其將定位盤(ll)與光學頭連接，以致定位盤(ll)能夠使光學頭(12)相對于軸向(X， Y)位移；其特征在于偏置裝置(D),由此至少當定位盤(ll)被流體承載時，定位盤 (ll)以及定位盤軸(P，)在垂直于射束(14)的軸的方向中偏離激光射束(14)的軸。根據(jù)本發(fā)明的第一較佳方案，該組件的特征在于，偏置裝置(D)可使定位盤 (ll)能夠定位，以致射束(14)處于定位盤(11)與工作站(W)上的工件(15)的邊緣 (17,17，)或轉(zhuǎn)角(16)之間，從而可使激光束(14)通過定位盤(11)至少穩(wěn)定地定位 到工件(15)的邊緣(17, 17，)或轉(zhuǎn)角(16)。根據(jù)本發(fā)明或其第一較佳方案的第二較佳方案，該組件的特征在于，連接 裝置可使定位盤(11)圍繞垂直于射束(14)的一條或兩條軸(X, Y)作小程度的轉(zhuǎn) 動，從而使定位盤(ll)自動地作樞軸轉(zhuǎn)動，以致于定位盤(ll)的下側(cè)平行于基板 (15)的表面而定位。根據(jù)本發(fā)明或前述其任一較佳方案的第三較佳方案，該組件的特征在于， 定位盤(11)適于在平行于基板(15)的表面的平面中以及在平行于方向(X, Y)的 方向中相對于光學頭(12)進行移動，其中，在用涉及定位盤(11)的射束(14)進行 處理的過程中使基板(15)移動。根據(jù)本發(fā)明或前述其任一較佳方案的第四較佳方案，該組件的特征在于, 定位盤(11)適于在平行于基板(15)的表面的平面中以及在圍繞垂直于基板表面 的軸(P，)的環(huán)向中相對于光學頭(12)進行移動。根據(jù)本發(fā)明或前述其任一較佳方案的第五較佳方案，該組件的特征在于, 定位盤(41,圖4)通過單獨的連接裝置與一個以上光學頭(42,42')—一連接，從 而定位盤(41)能夠使所有這種光學頭(42,42')相對于軸向(X， Y)進行位移。寬泛地講，本發(fā)明的特征在于，適于相對于工件表面懸浮的定位盤在定位 盤和工件之間有預(yù)定間隙，如果間隙發(fā)生變化，諸如隨工件尺寸的變化而變化， 定位盤則起到還原預(yù)定間隙的作用。在垂直于基板表面的方向中定位盤固定地 連接到透鏡，確保用作微加工裝置的激光束的基準位置通過定位盤而保持預(yù)定 的距離。典型的控制可以是包括因工件變化引起的任何定位盤移動，導致關(guān)聯(lián)的成像或聚焦透鏡進行 相應(yīng)的位移以保持基準位置不變；或者定位盤以及基準位置是固定的，工件相對于定位盤而進行位移，從而保持預(yù)定的距離。本體構(gòu)件的許多典型的實施方案在GB0525111.1中參照顯示一系列類型的 定位盤的附圖1至13作了詳細描述。在大部分例子中顯示了一種定位盤，其具 有透孔(openwork)中心區(qū)，來自加工激光的射束被引導穿過該透孔中心區(qū)。在很多情況下，必須對平基板進行激光加工操作直至其邊緣。在此情況下， 圍繞激光束的定位盤不能滿意地進行操作，因為部分定位盤避開了基板的邊緣, 而且流體墊的完整性會受到破壞從而導致基板表面和基準位置之間的距離發(fā) 生變化。我們在本申請中描述的新定位盤布置可克服這個問題。所提議的想法與 GB0525111.1中所討論的想法很不相同，原因是激光束沒有通過定位盤的中心， 而是位移到定位盤的側(cè)邊。在本發(fā)明中，流體承載的定位盤通過聯(lián)接裝置與成像或聚焦透鏡連接，聯(lián) 接裝置使定位盤定位成與激光束相隔某一距離，并在平行于基板表面的平面中 從射束的一個方向中進行位移。也就是說，基板可以相對于激光束移動，以致 激光束可以加工基板的表面甚至直到基板的一個邊緣，該邊緣指的是射束到定 位盤的對側(cè)上的邊緣。如果定位盤相對于激光束定位的話，通過該方法還可加工到方形或矩形基 板的兩個相鄰邊緣以及進入兩個邊緣之間的轉(zhuǎn)角內(nèi)進行加工，以致基板的轉(zhuǎn)角 是在射束到定位盤的對側(cè)上。對于大型的平基板而言，常常會使用多個平行的光學投影及聚焦系統(tǒng)來加 快處理速率。這樣，可將定位盤布置成相對于激光束在不同的方向中位移，使 得不同的光學組件可用于接近不同的基板邊緣。光學組件的較佳數(shù)量為四套，將它們布置成2x2陣列，其中每一個光學組 件用于處理方形或矩形基板的四分之一區(qū)域。在此情況下，全部四個光學頭上 的定位盤向內(nèi)朝向基板的中心線或中心點以45度對角地位移至邊緣，以致在 沒有任何定位盤接近基板邊緣的情況下，基板的全部四條邊可由激光束進行加 工。對于處理方形或矩形的基板而言，使定位盤以45度位移至基板邊緣是較 佳的角度，因為這可使得定位盤從射束的橫向位移減至最小。這是很重要的，因為在射束位置和定位盤之間基板高度的變化是沒有被補償?shù)?，因此偏移距離應(yīng)保持盡可能小。如果更方便的話，45度以外的角度也是可能的，只要當激光 束處理至基板邊緣時，定位盤的下表面完全保持在基板的上表面上即可。如果 待處理的基板不是方形或矩形，而且沒有直角形轉(zhuǎn)角，則可使用45度以外的其 它角。 一般來說，光學組件有效地加工到基板的轉(zhuǎn)角內(nèi)就意味著定位盤從激光 束的最佳位移方向接近于使基板兩側(cè)邊之間的角(即在基板轉(zhuǎn)角處的接合點)二 等分。當需要多于四個光學頭來處理基板時，還可將定位盤相對于每一個激光束 來布置以避免邊緣的問題。例如，如果使用六個或八個光學頭，排列成3x2或 4x2的陣列，則最外轉(zhuǎn)角處的四套光學組件使它們的關(guān)聯(lián)定位盤向內(nèi)朝向基板 的中心或中心線對角地位移，而其余兩套或四套中間的光學組件使它們的關(guān)聯(lián) 定位盤在垂直于基板邊緣的線上朝向基板中心向內(nèi)橫向地位移。如果只使用兩套光學組件或排成一行的多套光學組件來處理基板，則定位 盤可布置成裝設(shè)在一對光學組件之間，以在相對于表面的位置通過單個定位盤 來控制處理兩個光學頭的基準點。在此情況中可處理基板的范圍達到與定位盤 和激光束的連接線相垂直的兩個邊緣。但是，平行于定位盤和激光束的連接線的兩個基板邊緣不能太接近，因為 定位盤將會覆蓋這些邊緣。在本發(fā)明中通過以下方法使該問題得以解決將定 位盤裝在合適的滑動機構(gòu)上，導致定位盤相對于射束在遠離和垂直于基板邊緣 的方向中移動，因為這一行的光學組件接近與其平行的任何基板邊緣。將定位盤連接到光學組件的機構(gòu)必須是這樣的它只允許定位盤相對于射 束在準確地平行于基板表面的平面中移動。很明顯，在垂直于該平面的方向中 的任何移動必須要避免，因為這將會導致射束基準點位置相對于基板表面發(fā)生 變化。使用移動定位盤的一個簡單例子是使用兩套光學組件和單個定位盤來支 持在離基板表面一正確距離處的成像或聚焦透鏡。在此情況中，在遠離待處理 的基板邊緣的方向中通過合適的控制系統(tǒng)使定位盤在垂直于兩個激光束的連 接線的方向中移動。因為移動基板或光學組件使激光束接近平行于射束之間的 線的基板邊緣，從而導致這種移動自動發(fā)生。當基板或光學頭移動至接近基板的對面邊緣時，定位盤在相反方向上滑動。在所有情況中，定位盤的移動方向 都是遠離不斷接近的邊緣，以避免流體承載失敗。這樣，在定位盤不接近任何 邊緣的情況下，兩個射束可以覆蓋方形或矩形基板的全部區(qū)域。如果需要在一行中有多于兩條射束來處理大面積的基板，則將定位盤置于 成對的相鄰光學組件之間。例如，如果需要一行有八套光學組件來處理基板, 則要使用四個移動的定位盤。
一個定位盤在光學頭l和2之間。第二個定位盤在光學頭3和4之間，第三個定位盤在光學頭5和6之間，第四個定位盤在光 學頭7和8之間。在所有情況中，定位盤只支持在其每一側(cè)的兩個光學頭，以 致四個定位盤在垂直于基板表面的方向中單獨移動，目的是使定位盤補償處理 過程中基板表面高度發(fā)生的變化。


現(xiàn)參照激光組件的附圖對本發(fā)明的實施方案作出描述 圖1為具有單一激光組件的第一實施方案的透視圖； 圖2所示為第二實施方案，其中有四套激光組件，每一套由單獨的定位盤支持；圖3為具有八套激光組件的第三實施方案的平面圖； 圖4所示為由單一定位盤支持兩套激光組件的第四實施方案；以及 圖5所示為第五實施方案，其中八套激光組件排成一行，每一對組件由 單個定位盤支持。
具體實施方式
圖i示出單一定位盤11通過偏置裝置D支持著含聚焦或成像透鏡的單 一光學組件12，并且使激光束14的焦點或圖像平面13準確地保持在基板15 的表面上，其中定位盤11在遠離基板15的轉(zhuǎn)角16的對角方向中從激光束14 處移開一段距離。工作站W(wǎng)使基板15能夠在兩個軸X和Y上移動。定位盤 11和光學組件12能夠在垂直軸Z上移動，以補償基板高度發(fā)生的變化。通過 這 布置，在定位盤11不接近任何一邊17, 17'的情況下，射束14可以接近到 基板的邊緣17, 17'。圖2示出用于處理矩形基板25的整個區(qū)域的四套相似的激光光學組件 21,22, 23， 24的布置的俯視圖，該基板能夠沿X和Y軸移動，如圖所示，其中 與每一個光學組件關(guān)聯(lián)的定位盤26相對于每一個激光束27向內(nèi)朝向基板的中 心對角地進行位移，以致每一個定位盤與其相應(yīng)的激光束的連接線與基板的邊 緣成45度。在此情況下，全部四套光學組件都連接到支承框架(圖中未示)，導 致這些光學組件在全范圍基板處理過程中在X和Y方向中保持距離不變，但是 可在垂直于基板表面的方向Z中單獨移動，以補償基板表面高度發(fā)生的變化。圖3示出8套相似的激光組件布置的設(shè)計，每一個組件均有其自己的支 承定位盤31以及關(guān)聯(lián)的聚焦或成像透鏡32，它們用于處理大型平基板33,能 夠在圖示的兩個軸X和Y中移動。在此情況中，四套轉(zhuǎn)角處的光學組件34, 35， 36, 37的定位盤以45度位移至基板邊緣，而四套里面的光學組件38, 39, 40, 41 的定位盤則以卯度位移至基板邊緣。在此情況中，全部八套光學組件與支承框 架(圖中未示)連接，該支承架可使各光學組件在全范圍基板處理過程中在X和 Y方向中保持距離不變，但是可在垂直于基板表面的Z方向中單獨移動，以補 償基板表面高度發(fā)生的變化。圖4示出由單一定位盤41支承的兩套光學組件42,42'的布置，兩套光 學組件均含有分別位于定位盤每一側(cè)的透鏡，所述透鏡使激光束43, 43'在平 基板45的表面上的點44，44'處聚焦或成像。定位盤連接到滑動機構(gòu)46，該滑 動機構(gòu)可使定位盤在平行于基板表面的平面中在方向Y中移動，而方向Y垂直 于兩個激光束的連接線?；迥軌蛟趫D示的X和Y方向中移動。將定位盤連接 到滑動單元的滑架上的機構(gòu)也可以使定位盤圍繞X和Y軸作小程度的轉(zhuǎn)動，以 補償基板表面的局部傾斜，并可使定位盤作自我調(diào)節(jié)，以使其下表面總是平行 于基板表面。由定位盤及兩個透鏡單元組成的整個成套件能夠在垂直于基板表 面的方向Z中移動，以補償基板高度因基板移動而發(fā)生的變化。圖5示出排成一行的8條激光束用于在平基板51的表面上刻印平行線 的布置的俯視圖。交替成對的光學組件52,52'由單個定位盤53支承，因此有 四組單獨的分別由單個定位盤和兩套光學組件組成的成套件。全部四組光學成 套件與框架54連接，以使X方向中的組件間隔保持不變，但允許在垂直于基板 表面的方向Z中單獨移動。基板能夠在圖示的兩個軸X和Y中移動。通過使基板在全長度Y方向中移動以平行于Y方向刻印，使基板在X方向中移步適當 的距離，然后再在Y方向中移動。反復地重復這種操作，直到在基板的全部表 面上刻線完成為止。該圖示出當對基板的中心區(qū)進行處理時一排定位盤是如何相對于成行 的光學頭定位的。在此情況中，各定位盤在圖示的光學頭的連接線上定位。當 基板在Y方向中移動時，在這一行的光學頭處平行的邊緣逐漸靠近這一行的激 光束，定位盤相對于這一行的光學頭移動。當基板在Y方向中移動時,使得這一 行的光學頭逐漸接近基板的右手側(cè)，定位盤遠離右邊緣而進行位移，如圖所示 55。當基板在相反的Y方向中移動時，使得這一行的光學頭逐漸靠近基板的左 手側(cè)，定位盤遠離左邊緣而進行位移，如圖所示56。通過使用多套光學組件，也可以制成用于使定位盤與滑動單元上的滑架 相連接的機構(gòu)，以使每一個定位盤圍繞X和Y軸作小程度的轉(zhuǎn)動，以補償基板 的局部傾斜，而且可使定位盤作自我調(diào)節(jié)，以使它們的下表面總是平行于基板 表面。所有這些圖顯示了在兩個軸中移動的基板以及在基板移動的平面中固 定的光學組件。其它方式的布置也是可能的?；蹇杀３止潭?，而光學組件可 與基板上面的活動臺上的滑架相連接，因此可使光學組件在兩個軸中移動?；?者，基板可在一個方向中移動，而與基板上面的活動臺上的滑架相連接的光學 組件可在其它方向中移動。所有這些圖顯示了基板保持在水平面上以及激光束由上至下垂直定向 的情況。當基板為水平的而且對于激光束為透明時，也可使用本發(fā)明，這里所 述的激光射束是由下至上垂直定向的，射束在與基板表面上的加工材料互相作 用之前通過該透明基板。所有這些圖顯示了基板保持在水平面上以及激光束由上至下垂直定向 的情況。當基板保持在非水平的某些方位時，也可以使用在此討論的本發(fā)明。 具體地說，人們可能會想到基板保持在豎直平面中且激光束在其表面水平定向 這樣一種布置。在此情況中，基板與固定的光學組件豎直地以及水平地在兩個 軸中移動。在較佳的布置中，基板保持固定，而光學組件與移動臺或基板旁邊 的自動機械上的滑架連接，以使光學組件豎直地以及水平地在兩個軸中移動。或者，基板在水平方向中移動，而光學組件與基板旁邊的臺架上的滑架連接并 在豎直方向中移動。在上述的各實施方案中，引用在工件表面上的點X聚焦的激光束。本發(fā) 明并不限于表面工作。當操作需要時，可以將點X定位在工件內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種激光光學組件，其包括光學頭(12)，其帶有成像或聚焦透鏡以及透鏡控制裝置并且適于提供激光束(14)，從而沿著射束(14)的軸在該組件的基準點處產(chǎn)生掩膜圖像或射束焦點(13)；工作站(W)，其適于使基板工件(15)相對于基準點而定位，從而使掩膜圖像或射束焦點(13)沿著射束(14)的軸而定位，射束(14)的軸垂直于通過工作站(W)而定位的基板工件(15)；該工作站(W)還適于使工件(15)在給定的方向(X，Y)中橫切射束(14)的軸而進行位移；定位盤(11)以及用于在工作站(W)上的基板工件(15)的定位盤區(qū)域上面流體承載該定位盤的裝置；以及連接裝置，其將定位盤(11)與光學頭連接，以致定位盤(11)能夠使光學頭(12)相對于軸向(X，Y)進行位移；其特征在于偏置裝置(D)，由此至少當定位盤(11)被流體承載時，在垂直于射束(14)的軸的方向中定位盤(11)和定位盤軸(P’)離激光射束(14)的軸有一定的偏移。
2. 如權(quán)利要求1所述的激光光學組件，其特征在于，偏置裝置(D)使定位盤(ll) 能夠定位成使得射束(14)處于定位盤(ll)與工作站(W)上的工件(15)的邊緣(n, n，) 或轉(zhuǎn)角(16)之間，從而使激光束(14)通過定位盤(11)至少穩(wěn)定地定位到工件(15)的邊 緣(17， 17，)或轉(zhuǎn)角(16)。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的激光光學組件，其特征在于，連接裝置使定位盤 (11)圍繞著垂直于射束(14)的一條或兩條軸(X, Y)作小程度的轉(zhuǎn)動，從而使定位盤(11) 自動地作樞軸轉(zhuǎn)動，以致于定位盤(11)的底面能平行于基板(15)的表面而定位。
4. 如前述任一項權(quán)利要求所述的激光光學組件，其特征在于，定位盤(ll)適 于在平行于基板(15)的表面的平面中且在平行于方向(X， Y)的方向中相對于光學頭(12) 進行移動，其中,在涉及定位盤(11)且用射束(14)進行處理的過程中基板(15)是 在方向(X, Y)中移動的。
5. 如前述任一項權(quán)利要求所述的激光光學組件，其特征在于，定位盤(ll)適于 在平行于基板(15)的表面的平面中且在圍繞著軸(P')的環(huán)形方向中相對于光學頭 (12)進行移動，軸(P')垂直于基板的表面。
6. 如前述任一項權(quán)利要求所述的激光光學組件，其特征在于，定位盤(41,圖 4)通過用于每個光學頭(42,42')的單獨的連接裝置，與一個以上的光學頭(42,42') 連接，從而定位盤(41)能夠使所有這種光學頭(42,42，)相對于軸向(X,Y)進行位移。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種激光光學組件，其包括光學頭(12)，其帶有成像或聚焦透鏡以及透鏡控制裝置并且適于提供激光束(14)，從而沿著射束(14)的軸在組件的基準點處產(chǎn)生掩膜圖像或射束焦點(13)；工作站(W)，其適于使基板工件(15)相對于基準點定位，從而使掩膜圖像或射束焦點(13)沿垂直于通過工作站(W)定位的基板工件(15)的射束(14)的軸定位；該工作站(W)還適于使工件(15)在給定的方向(X，Y)中橫切射束(14)的軸位移；定位盤(11)以及可在工作站(W)上的基板工件(15)的定位盤區(qū)上面流體承載該定位盤的裝置；以及連接裝置，其將定位盤(11)與光學頭連接，以致定位盤(11)能夠使光學頭(12)相對于軸向(X，Y)位移；以及偏置裝置(D)，由此至少當定位盤(11)被流體承載時，定位盤(11)以及定位盤軸(P’)在垂直于射束(14)的軸的方向中偏離激光射束(14)的軸。
文檔編號B60V1/00GK101605627SQ200780027991
公開日2009年12月16日 申請日期2007年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者M·哈曼 申請人:厄利肯鮑澤斯涂層(英國)有限公司