(57)【要約】【課題】短い行程を精密に案内する短行程ステージ用たわみガイド軸受を提供する。【解決手段】ビーム軸に沿いかつレンズを透過して伝播して、支持部に置かれた目標試料の作業表面にレーザビームが入射するレーザ加工システム。レンズはレーザビームの焦域を形成する。支持部は、レーザビームと目標試料を互いに対して作業表面の選択した位置に移動させる多軸位置決めシステムに動作可能に接続されている。アッセンブリは、レンズを支持し、輸送力に応じて、ビーム軸に沿ってレンズの移動を案内して作業表面に対してレーザビームの焦域を調節する少なくとも１つのたわみ部を有している。【選択図】図５Ａ
2012519078.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザビームが、ビーム軸に沿いかつレンズを透過して伝播し、支持部に置かれた目標試料の作業表面上に入射し、前記レンズが、前記レーザビームの焦点域を形成し、前記支持部が、前記レーザビームと前記目標試料とを互いに対して前記作業表面の選択された位置に移動させる多軸位置決めシステムに動作可能に接続されたレーザ加工システムであって、
前記レンズを支持し、推進力に応じて、前記ビーム軸に沿って前記レンズの移動を案内して、前記作業表面に対して前記レーザビームの前記焦点域を調節する少なくとも１つのたわみ部を有するアッセンブリを備えることを特徴とするレーザ加工システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのたわみ部は、互いに同一である複数のたわみ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項３】
前記複数のたわみ部は、前記レンズを支持し、水平方向において互いに垂直に延びるＸ軸およびＹ軸に沿ったハウジングの反対側の平行な垂直方向に延びるＺ軸方向に位置することを特徴とする請求項２に記載のレーザ加工システム。
【請求項４】
前記少なくとも１つのたわみ部は、垂直方向に延びるＺ軸に沿った短いストロークの移動を可能にしつつ、グループとして動作して、水平方向に互いに垂直に延びるＸ軸及びＹ軸に沿った移動に対して前記レンズを支持する複数のたわみ部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項５】
前記少なくとも１つのたわみ部は、垂直方向に延びる断面積が縮小された第１と第２の平行な細長い水平方向に延びるビームの少なくとも１つのセットを有する前記たわみ部の一対のビーム部をさらに備え、
前記平行な細長いビームの各セットが、前記推進力に応じてＺ軸方向への移動を可能にすることを特徴とする請求項１に記載のレーザ加工システム。
【請求項６】
前記少なくとも１つのたわみ部は、断面積が拡大された第１と第２の垂直方向に延びる細長い支持部材の少なくとも１つのセットを有する前記たわみ部の指示部をさらに備え、
前記第１と第２の細長い支持部材が、互いに垂直方向に離隔し、前記第１と第２の支持部材の間に延びた前記第１と第２の平行な細長いビームと互いに接続されることを特徴とする請求項５に記載のレーザ加工システム。
【請求項７】
前記少なくとも１つのたわみ部は、垂直方向に延びる断面積が縮小された少なくとも第３と第４の平行な細長い水平方向に延びるビームを有する第２の一対のビーム部をさらに備え、
前記平行な細長い各セットが、前記推進力に応じて、Ｚ軸方向の移動を可能にすることを特徴とする請求項６に記載のレーザ加工システム。
【請求項８】
前記少なくとも１つのたわみ部は、断面積が拡大された第３と第４の支持部材の少なくとも１つのセットを有する前記たわみ部の第２の指示部をさらに備え、
前記第３と第４の支持部材が、互いに対して対向する関係の垂直方向に離隔したＬ字状構成であり、前記支持部材の対応する１つから延びる細長いビームの１つを通して互いに接続され、各ビームが、前記第２の支持部材の対向端に接続されることを特徴とする請求項７に記載のレーザ加工システム。
【請求項９】
前記ビーム軸に沿った移動を案内され、前記レンズに動作可能に接続されて、前記推進力を加えて前記ビーム軸に沿って前記レンズを移動させ、これにより前記作業表面に対して前記レーザビームの前記点焦域を調節する移動自在部材を含むレンズフォーサをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ加工システム。
【請求項１０】
前記レンズフォーサは、前記移動自在部材の移動を制御する音声コイルアクチュエータを備えることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工システム。
【請求項１１】
前記レンズフェーサと前記レンズの間でバッファとして動作して、前記レンズフェーサの前記移動自在部材により前記レンズに加えられた前記案内移動から、前記レンズフェーサの前記移動自在部材の案内移動を分離する分離たわみ装置をさらに備えることを特徴とする請求項９に記載のレーザ加工システム。
【請求項１２】
前記分離たわみ装置は、前記ビーム軸に沿って硬く、前記ビーム軸を横断する平面において弾性を有することを特徴とする請求項１１に記載のレーザ加工システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ集束レンズを有効積載荷重(payload)として、短いストローク（すなわち、６ミリメートル（ｍｍ）以下の移動）ステージ(short stroke stage)を精密に案内することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ウェハレベル加工で用いられるように構成されたウェハ搬送システムは、通常、ウェハを固定して加工するチャックを有するステージを備えている。このステージは、ときとして固定であるか、またはときとして移動可能である。用途によっては、このステージは、回転しまたは回転せずに、１次元、２次元、または３次元デカルト座標で直線的に移動することが要求される。ウェハの整列と搬送にかなりの量の総加工時間が費やされた場合に、このステージ移動の速度は、全ウェハ加工プラットフォームのスループットに影響し得る。
【０００３】
光学加工を含む用途の場合には、移動自在光学アッセンブリをウェハ表面上に搭載することができ、これにより必要なウェハ搬送距離を最小化することができる。ステージ移動の主方向を「主軸」と呼び、主方向に垂直なステージ移動方向を「副軸」と呼んでいる。加工されるウェハまたは試料を保持するチャックは、主軸ステージに搭載されて主軸に沿って移動し得、副軸ステージに搭載されて副軸ステージに沿って移動し得、あるいは主軸と副軸の下方の静止位置にあってよい。主軸ステージは副軸ステージを支承し得、またはこれらは互いに独立であってよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の光学システムのステージ設計は、電子回路寸法が小さくなるに従いより臨界的になっている。１つのステージ設計上の考慮点は、ウェハチャックと光学アッセンブリの振動及び熱安定性に起因する加工品質への影響である。レーザビーム位置が、連続的に調節される場合、レーザアッセンブリを支承している従来技術の構成は、余りにも弾力的であるので要求精度レベルを維持することができない。また、回路寸法が小さくなるに従い、粒子(particle)汚染がより重要な懸案事項となる。
【０００５】
従来のステージ設計では、長いストローク移動用に設計された機械的または空気軸受を用いている。機械的ガイド軸受は、途方もない剛性を有しているが、短いストローク移動により、長期稼働時に、グリースチャネリングがないため、腐食（fret corrosion）を引き起こす。また、保持器のクリープ(cage creep)もまた、クロスローラガイドとダイ軸受筒ガイドの問題を引き起こし、摩擦もステージを制御する際に問題を引き起こしやすい。空気軸受ガイドは、上記の機械的軸受の問題への解決策であるが、剛性を犠牲にしている。空気軸受は、機械的軸受が有する剛性を有していない。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここで、「分割軸ステージ(split axis stage)」アーキテクチャは、多段位置調整システムを実装しており、これは一実施形態において、レーザ光学アッセンブリと、レーザビームが入射してレーザ加工する表面を有する加工物とを支承している。多段位置決めシステムは、高速かつ加速度を付けた、振動及び熱安定材料の搬送が可能である。「分割軸」設計により、分離した平行な面にある２つの垂直軸に沿った駆動ステージ移動を切り離す。一実施形態において、水平面での移動は、試料（主軸または下部）ステージと、互いに対して垂直方向に移動する走査光学アッセンブリ（副軸または上部）との間で分割される。
【０００７】
花崗岩、あるいは石板(stone slab)、あるいはセラミック材料のスラブ、鋳鉄、あるいはＡｎｏｃａｓｔ（登録商標）などの高分子複合材料の形状の寸法安定な基板が、上部および下部ステージの基部(base)として用いられる。スラブとステージは、好適には、類似の熱膨張係数を持つ材料から製造され、システムを、一貫した温度変化に好都合に反応させる。基板の上部と下部ステージ面の部分が平坦で互いに平行になるように、基板が正確に切断（「粗研磨される(lapped)」）される。好適な一実施形態において、試料保持チャックを坦持している下部ステージを案内する下部ガイドトラックアッセンブリが、基板の下部面に結合される。レーザビーム焦点域制御サブシステムを坦持している上部ステージを案内する上部ガイドトラックアッセンブリが、基板の上面に結合している。ガイドトラックアッセンブリの隣接レールに沿って位置しているリニアモータは、上部と下部ステージの移動を制御する。
【０００８】
大きく構造的に硬い基板は、レーザ光学アッセンブリと試料の移動を孤立および安定させ、振動を吸収して、支持構造が本質的に硬いので、よりスムースな加速と減速を可能にする。基板の剛性とステージ移動軸の接近分離により、周波数共振がより高くなり、全３軸に沿った移動の誤差がより小さくなる。ヒートシンクとして動作することで、基板もまた熱安定性を提供する。また、コンパクトな構成に設計されているので、システムは、より少ない材料から構成され、そのため、加熱されたとき、膨張の影響をより受けにくい。基板の中央から切断された長円状のスロットが、下方の試料にレーザビームを照射させ、基板を介してレーザ光学アッセンブリの垂直移動を可能にする。そうでなければ、レーザ加工を受ける局所領域を除き、塔頭留出物運動により生成された粒子から基板により試料が遮蔽される。
【０００９】
レーザビーム焦点域制御サブシステムは、下部ステージの上に支持され、支持構造により上部ステージに搭載された少なくとも１つのたわみ部(flexure)に対して位置する垂直方向に調整可能な光学アッセンブリを備えている。支持構造の剛性により、ビーム軸に沿ったより高速でより正確な垂直移動を可能にする。スリーブを支持しているレンズは、レーザビームの焦点域の垂直移動を案内するたわみ部へ接続する支持部として機能する。スリーブの上端部にあるレンズフォーサ(lens forcer)により垂直移動が開始され、これが、光学アッセンブリに輸送力を与えて、下部チャック上の加工物(workpiece)に対してその高さを調節し、そのようにすることで、加工表面に対するレーザの焦点域を調整する。ビーム軸に沿って硬く、水平面で弾性を有する(compliant) 分離たわみ装置(isolation flexure device)が、光学アッセンブリからのレンズフォーサの過度の移動を緩衝する。
【００１０】
スプリット軸設計は、ダイシング、部品トリム(trim)、ヒューズ加工、インク(inking)、および、窄孔、ルーティング(routing)、検品、および測定(metrology)を経たＰＷＢ（プリント配線基板）を含む半導体加工に用いられる多くのプラットフォームに適用可能である。この設計により与えられる利点は、機械加工工具の全ての種類にとって役立つ。
【００１１】
短いストローク（例えば、６ミリメ−トル（ｍｍ）以下の移動）のステージの場合、たわみガイド軸受が、以下に示す特性により、ステージを案内する最適な解決策である。すなわち、（１）移動面の外側の全ての軸上の非常に高い剛性(stiffness)、（２）摩擦ゼロ、（３）経済的に製造可能、（４）外部から空気供給の必要がない、（５）グリース塗布の必要がない、（６）腐食がない。レンズおよび／またはカメラを坦持するＺ軸ステージに一対の(twin)ビームたわみを与えることで、機械的軸受が有している問題や課題を生じることなく、高い剛性を有するステージを製作することが可能である。ある実施形態では、モジュラー手法を用いることができ、ここでは、同じ設計の複数のたわみが、レンズの周囲に設けられ、グループとして一緒に動作して、Ｚ軸移動を案内する。
【００１２】
たわみステージは、以前には、移動の案内(guiding motion)のため、そして試料加工システムに対する、特に、目標試料に対する加工装置の２次元または３次元位置決め用ステージアーキテクチャに対する、レーザレンズおよび／またはカメラなどの光学部品の支承には用いられていなかった。また、たわみステージは、以前には、互いに対して並列配列で位置しておらず、および／または、他のたわみに対して各たわみが同一に構成されたグループとして用いられていなかった。
【００１３】
添付図面と共に以下の説明を読んだとき、本発明のこれらの変更例とその他の用途は、当業者に明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
ここで行う説明は、添付図面に言及するものであり、各図面を通して、同一の参照番号は同一の部品を示す。
【００１５】
【図１】分離された多段位置決めシステムの等長図である。
【００１６】
【図２】システムを組み付けたとき、石板(stone slab)などの寸法安定基板に搭載された上部と下部ステージを示す、図１の位置決めシステムの部分展開等長図である。
【００１７】
【図３】走査レンズと上部ステージ駆動部品を支持する上部ステージを示す、図１の位置決めシステムの等長図である。
【００１８】
【図４】試料保持チャックと下部ステージ駆動部品を支持する下部ステージを示す、図１の一対の位置決めシステムの等長図である。
【００１９】
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る一対のビームたわみの詳細図である。
【００２０】
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係るレンズの周囲のたわみ部の構成である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に係るレンズの周囲のたわみ部の構成である。
【００２１】
【図５Ｄ】本発明の一実施形態に係るレンズ、たわみ部、および外部ハウジングアッセンブリである。
【００２２】
【図５Ｅ】本発明の一実施形態に係るたわみ部を有するＺ軸アッセンブリの簡略図である。
【００２３】
【図６】走査レンズと、少なくとも１つの垂直（Ｚ軸）移動を案内するたわみ部を含む、レーザビーム焦点域制御サブシステムの好適な実施形態の展開図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１および図２は、一実施形態において、レーザビームが伝播して、目標試料に入射するレーザ加工システム部品を支持する分離した多段ステージ位置決め(decoupled, multiple stage positioning)システム１０を示す。位置決めシステム１０は、好適には、花崗岩、またはセラミック材料スラブ、鋳鉄、Ａｎｏｃａｓｔ（登録商標）などの高分子化合物材料で形成された石板(stone slab)から成る寸法安定基板(dimensionally stable substrate)１２を備えている。基板１２は、第１または上部平坦主平面１４と、段形凹部(stepped recess)１８を有する第２または下部平坦主平面１６とを備えている。主平面１４，１６は、互いに平行に延び、約１０ミクロンの許容誤差内において平坦性と平行性を示す条件にある平面である表面部を有している。
【００２５】
上部主平面１４の表面部と第１のガイドトラックアッセンブリ２０とは結合されて、第１の軸に沿ってレーザ光学アッセンブリステージ２２の移動を案内し、下部主平面１６の表面部と第２のガイドトラックアッセンブリ２４とは結合されて、第１の軸を横断する第２の軸に沿って試料ステージ２６の移動を案内する。光学アッセンブリステージ２２は、レーザビーム焦点域制御サブシステム２８を支持し、基板１２の下部主平面１６の下に垂れ下がっている走査レンズ３０を備えている。試料ステージ２６は、試料保持チャック３２を支持している。ステージ２２，２６のガイド移動(guided motion)は、チャック３２により保持された試料（図示せず）の表面上のレーザビーム加工位置に対して走査レンズ３０を移動させる。
【００２６】
好適な実施形態において、主平面１４，１６が離隔した水平面を画定するように、基板１２は、所定の場所に配置され、第１と第２の軸が互いに垂直で、これによりそれぞれのＹ軸とＸ軸を規定するように、ガイドトラックアッセンブリ２０，２４は、位置決めされている。この分割軸アーキテクチャ(split axis architecture)は、ＸおよびＹ軸に沿った移動を分離して(decouples)、許容されたより少ない自由度で、レーザビームとチャック３２の位置決め制御を単純化する。
【００２７】
図３は、図２に示す第１のガイドトラックアッセンブリ２０と共に動作する、光学アッセンブリステージ２２を詳細に示す図である。第１のガイドトラックアッセンブリ２０は、上部主平面１４の支持部に固定された２つの離隔ガイドレール４０と、光学アッセンブリステージ２２の底面４４上に支持された２つのＵ字形状のガイドブロック４２とを備えている。ガイドブロック４２の各々は、嵌め合わされて(fit over)、加えられた推進力(motive force)に応じて、レール４０の対応する１つに沿って摺動する。光学アッセンブリステージ２２のモータ駆動は、上部主平面１４上に搭載され各ガイドレール４０の長さに沿ったリニアモータ４６を備えている。リニアモータ４６は、推進力を加え、その対応するガイドブロック４２を前進させて、その対応するガイドレール４０に沿って摺動移動させる。各リニアモータ４６は、ガイドレール４０の長さに沿って配置された多数の磁石５０の離隔(space-apart)リニアアレイを保持するＵチャネル磁石トラック４８を備えている。磁石５０のリニアアレイの間に位置するフォーサコイルアッセンブリ５２は、光学アッセンブリステージ２２の底面４４に接続され、光学アッセンブリステージ２２を移動させるリニアモータ４６の移動自在部材を構成している。適切なリニアモータ４６は、ペンシルベニア州ピッツバーグのＡｅｒｏｔｅｃｈ社から入手可能なＭＴＨ４８０モデルである。
【００２８】
各レールガイド、つまり図２に示す第１のガイドトラックアッセンブリ２０のガイドブロック４２対は、回転体軸受アッセンブリである。ガイドトラックアッセンブリ２０の代替物としては、平坦な空気軸受または真空予圧空気軸受がある。空気軸受のいずれかの種類を用いることは、各ガイドレール４０の取り外しを必要とし、上部表面１４の表面部を露出して、ガイド表面を形成し、各ガイドブロック４２への、ガイド表面または軸受の軸受面(bearing face)を置換し、これはレーザ光学アッセンブリステージ２２の底部表面４４に装着される。圧力端子(pressure port)と真空端子(vacuum port)を有する真空予圧空気軸受は、それら自身を押し下げ、それと同時に、ガイド表面からそれら自身を取り外す。真空予圧空気軸受を用いるときは、１つの平坦なガイド表面のみを必要とする一方、対向する軸受予圧(bearing preloading)を用いるときは、２つの平坦で平行なガイド表面を必要とする。適切な空気軸受けは、ペンシルベニア州アストンのＮｅｗ  Ｗａｙ  Ｍａｃｈｉｎｅ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ社から入手可能である。従って、用いるガイドトラックアッセンブリの種類に応じて、上部主表面１４の表面部は、ガイドレール搭載接触面または軸受面非接触ガイド表面を表し得る。
【００２９】
光学アッセンブリステージ２２の底表面４４に固定され、ガイドブロック４２の隣接する異なるものに位置する一対のエンコーダヘッド６０は、ヨー(偏揺れ)角(yaw angle)と光学アッセンブリステージ２２が移動した距離とを測定する位置センサを有している。ガイドレール４０、ガイドブロック４２、およびステージ２２，２６の各々を駆動するリニアモータ４６に近接して位置センサを配置することで、最小の共振効果で効率的なクローズドループフィードバック制御を保証する。エンコーダヘッド６０に含まれるリミットスイッチは、基板１２に装着された磁石（図示せず）により始動(tripped)される。一対のダッシュポット６４は、光学アッセンブリステージ２２の移動を制動、停止して、光学アッセンブリステージ２２がガイドレール４０を外れて行き過ぎることを防ぐ。
【００３０】
ガイドレール４０の間およびその長さに沿って基板１２に形成された長円状スロット６６は、光学アッセンブリステージ２２がガイドレール４０に沿って移動するに伴い、走査レンズ３０が移動可能な開口を形成する。基板１２の段形凹部(stepped recess)１８領域に形成された一対の貫通穴(through hole)６８は、上部平面１４からエンコーダヘッド６０へのサービスアクセスをオペレータに提供して、それらの整列を維持する。
【００３１】
図４は、図２の第２のガイドトラックアッセンブリ２４と動作上関連する試料ステージ２６を詳細に説明する。第２のガイドトラックアッセンブリ２４は、ガイドレール、Ｕ字状ガイドブロック、リニアモータ、Ｕチャネル磁石トラック、磁石、フォーサコイルアッセンブリ、および第１のガイドトラックアッセンブリ２０に関して上述したものに対応しおよび同じ参照符号で示されるエンコーダヘッドを備えている。リニアモータ４６と、第２のガイドトラックアッセンブリ２４により支持された部品とは、試料ステージベッド７２の表面７０に搭載される。
【００３２】
ステージ２２，２６とモータ４６の機械的配置により、ステージ２２，２４の縦揺れと横揺れ(pitch and roll)が低減し、高速移動の精度を向上させる。ステージ２２，２６の反対側にモータ４６を対称的に配置すると、ヨーの制御が改善される。ステージ２２，２６の側面に沿ってモータ４６を配置すると、それらの下方に置いたときと対照的に、重要な部品と位置センサの熱分布を最小にする。
【００３３】
第２のガイドトラックアッセンブリ２４と、チャック３２を支持する試料ステージ２６は、段形凹部１８に嵌合および固定される。試料ステージベッド７２の表面７０は、段形凹部１８の広い下部に隣接する下部主平面１６の表面部７４に抗して固定され、チャック３２は、下部主平面１６の段形凹部１８の一番奥の部分の下に位置し、第２のガイドトラックアッセンブリ２４に沿って、試料ステージ２６を移動させるリニアモータ４６により加えられる推進力に応じてその下方に移動する。エンコーダヘッド６０に含まれるリミットスイッチは、基板１２に装着された磁石（図示せず）により始動される。一対のダッシュポット７８は、試料ステージ２６の移動を制動(dampens)、停止して、ガイドレール４０を外れて行き過ぎることを防ぐ。
【００３４】
ガイドトラックアッセンブリ２４の第１の代替物は、軸受ランドまたはガイドウェイとして、試料ステージヘッド７２を用いる磁気与圧空気軸受である。磁気与圧空気軸受を用いることで、各ガイドレール４０の取り外しを必要とし、試料ステージベッド７２の表面部を露出し、各ガイドブロック４２を取り外し、その（多孔性(porous)）軸受面を露出面部の反対側に位置して、空気軸受けを搭載するスペースを、試料ステージ２６の底表面上に提供する。
【００３５】
図５Ａを参照すると、本発明の一実施形態に係る一対のビームたわみ部(twin beam flexure)４００が詳細に図示されている。少なくとも１つのたわみ部４００の各々は、縮小され垂直方向に延びる断面積である第１と第２の平行し細長い水平方向に延びるビーム４０４，４０６の少なくとも１つのセットを有する、たわみ部４００の一対のビーム部分４０２を有することができる。平行の細長いビーム４０４，４０６の各セットにより、推進力に応じて、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対応するＺ軸方向への移動を可能にする。
【００３６】
少なくとも１つのたわみ部４００の各々は、拡大された断面積である第１と第２の垂直方向に延びる細長い支持部材４１２，４１４の少なくとも１つのセット４１０を有する支持部４０８を備えることができる。第１と第２の支持部材４１２，４１４は、互いに垂直方向に離隔し、第１と第２の支持部材４１２，４１４の間に延びる第１と第２の平行な細長いビーム４０４，４０６で、互いに接続している。第１と第２の平行な細長いビーム４０４，４０６により、レーザビーム３４８の焦点域を形成するレンズ３０を透過する、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対応するＺ軸方向の移動が可能となり、このレーザビーム３４８は、推進力に応じて、支持部材、チャック３２上に搭載された目標試料の作業表面に入射する。第１の支持部材４１２は、レンズ３０を支持するハウジングまたはアッセンブリ２０２に接続できる。
【００３７】
少なくとも１つのたわみ部４００は、垂直方向に延びる縮小された断面積である少なくとも第３と第４の平行な細長い水平方向に延びるビーム４１８，４２０を有する第２の一対のビーム部４１６を備えることができる。平行な細長いビーム４０４，４０６、４１８、および４２０の各セットにより、レーザビーム３４８の焦点域を形成するレンズ３０を透過する、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対応するＺ軸方向の移動が可能となり、このレーザビーム３４８は、推進力に応じて、支持部材、チャック３２上に搭載された目標試料の作業表面に入射する。
【００３８】
少なくとも１つのたわみ部４００は、第３と第４の支持部材４２６，４２８の少なくとも１つのセット４２４を有する第２の支持部４２２を備えることができる。第３と第４の支持部材は、互いに対向し、支持部材４２６，４２８の対応する１つから延びるビーム４１８，４２０の１つを通して互いに接続される、互いに対向する垂直方向に離隔されたＬ字状の構成であってよく、ここで、各ビーム４１８，４２０が、図５Ａに最もよく示すように、第２の支持部材４１４の反対端部４３０，４３２に接続される。第３と第４の支持部材４２６，４２８は、図５Ｃと５Ｄに最もよく示すように、フレーム、または光学アッセンブリステージ２２の支持部材４３４に接続できる。
【００３９】
図６について簡単に説明すると、レンズフォーサ(forcer)アッセンブリ２１０は、ビーム軸２０６に沿って移動が案内され、レンズ３０に動作可能に接続される移動自在部材２７６を備えてよく、推進力を加えてビーム軸２０６に沿ってレンズ３０を移動させ、これによりチャック３２上に搭載された目標試料の作業表面に対してレーザビーム３４８の焦点域を調節する。一例であり限定しない、音声コイルアクチュエータなどのレンズフォーサアッセンブリ２１０により推進力を提供して、レーザビーム３４８の焦点域を調節し、チャック３２上に搭載された目標試料の作業表面に対してレンズ３０の移動を制御できる。
【００４０】
図５Ｂ〜５Ｅと図６を参照すると、ビーム軸２０６に沿ってかつレンズ３０を透過して伝播して、チャック３２上に置かれた目標試料の作業表面にレーザビーム３４８が入射するレーザ加工システム１０において、レンズ３０は、レーザビーム３４８の焦点域を形成し、支持部３２は、目標試料の作業表面の選択した位置に、レーザビーム３４８と目標試料とを互いに対して移動させる多軸位置決めシステム１０に動作可能に接続される。少なくとも１つのたわみ部４００を有するアッセンブリ２２は、レンズ３０を支持し、推進力に応じて、ビーム軸２０６に沿ってレンズ３０の移動を案内して、目標試料の作業表面に対してレーザビーム３４８の焦点域を調節する。少なくとも１つのたわみ部４００は、一実施形態において、複数のたわみ部４００を有し得、ここで、各たわみ部４００が、他のたわみ部４００と同じである。複数のたわみ部４００は、レンズ３０を支持し水平方向に互いに垂直に延びるＸ軸及びＹ軸に沿ったハウジング２３０の反対側の平行に垂直方向に延びるＺ軸方向に配置できる。複数のたわみ部４００は、少なくとも１つの、共通の、平行な、垂直方向に延びるＺ軸に位置する２つ以上のたわみ部４００を有することができる。一実施形態において、一対のたわみ部４００は、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対して、ハウジング２３０の周囲の角位置で離隔された、対応する垂直に離隔した一対のたわみ部４００と、互いに垂直方向に離隔できる。垂直方向に離隔されたたわみ部４００対は、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対して、ハウジング２３０の周囲で互いに対して約９０度で離隔できる。少なくとも１つのたわみ部４００は、レーザビーム３４８のビーム軸２０６に対して、平行な垂直方向に延びるＺ軸に沿った短いストローク移動を可能にしつつ、グループとして動作して、水平面で互いに垂直方向に延びるＸ軸及びＹ軸に沿った移動に対してレンズ３０を支持する複数のたわみ部４００を備えることができる。
【００４１】
図６は、制御サブシステム２８の構成要素と、レーザ光学アッセンブリステージ２２へのその搭載とを示している。簡単に上述したように、制御サブシステム２８は、ヨーク(yoke)アッセンブリ２１２により、アッセンブリ２０２内部に含まれる走査レンズ３０に結合されたレンズフォーサアッセンブリ２１０を備えることができる。好適には音声コイルアクチュエータである、レンズフォーサアッセンブリ２１０は、走査レンズ３０を移動させる推進力をヨークアッセンブリ２１２により加え、これによりレーザビームの焦点域をビーム２０６軸に沿った選択した位置に移動させることができる。
【００４２】
音声コイルアクチュエータ２１０は、概ね円筒状のハウジング２３０と、銅線が巻回された磁芯から構成された環状コイル２３２とを備えている。円筒状のハウジング２３０と環状コイル２３２は、同軸状に整列され、環状コイル２３２は、音声コイルアクチュエータ２１０に供給された制御信号（図示せず）に応じて、ハウジング２３０に軸方向に出たり入ったりする。好適な音声コイル装置２１０は、カリフォルニア州ＢＥＩ  Ｋｉｍｃｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，Ｖｉｓｔａから入手可能な、アクチェエータ番号ＬＡ  ２８−２２−００６  Ｚである。   
【００４３】
環状コイル２３２は、レーザ光学アッセンブリステージ２２に搭載された垂直材(uprights)２４０（図１）上に載置される反対側の部材２３８を有する音声コイルブリッジ２３６中に、概ね円形状の開口２３４を通して延びており、レーザビーム焦点域制御サブシステム２８への支持を提供する。音声コイルブリッジ２３６は、２つの反対側の突出部２４２の各々に、ガイド台(guiding mount)２５６の上部表面２５４から延びるロッド２５２が通過する管状ハウジング２５０を含む穴２４４を有している。各ロッド２５２は自由端２５８を有している。ガイド台２５６は、その上部表面２５４に、環状コイル２３２が載置される環状台座(pedestal)２６０を有している。２つの、積層され、軸方向に整列されたリニアボール軸受筒２６４は、音声コイルブリッジ２３６の側面突出部２４２の各穴２４４に含まれる管状ハウジング２５０に嵌めこまれる。ボール軸受筒２６４を通過するロッド２５２の自由端２５８は、ロッドクランプ２６６により蓋が被せられ、ビーム軸２０６に沿った環状コイル２３２の下部移動制限の堅固な停止部(hard stop)を提供する。
【００４４】
ハウジング２３０は、環状コイル２３２の中心と同軸状に位置している円形状開口２７０、音声コイルブリッジ２３６の開口２３４、およびガイド台２５６の環状台座２６０の中心を有している。中空金属軸２７２は、ハウジング２３０の開口２７０を通して延び、六角形状ナット２７４は、中空状の鋼シャフト２７２および軟質管状鋼部材２７６と軸方向に接続され、以下にさらに述べるように、ヨークアッセンブリ２１２と結合している。六角形状のナット２７４は、環状コイル２３２の下部表面２７８と接触して位置し、環状コイル２３２の軸方向の出入り移動に応じて、Ｚ軸２８０に沿って軟質鋼部材２７６を駆動する。中空鋼シャフト２７２は、中心を通りかつコイルばね２８２の軸に沿って通過し、ハウジング２３０の上部表面２８４と、中空鋼シャフト２７２の自由端２９０に固定された円筒状ばね保持器２８６との間に制限されている。音声コイルアクチュエータ２１０に供給される制御信号がない場合、コイルばね２８２は、Ｚ軸２８０に沿ってそのストロークの中間点まで環状コイル２３２を付勢する。
【００４５】
ヨークアッセンブリ２１２は、一端３０２でヨークリング３０６の表面３０４に固定され、他端で多段階矩形ヨーク台３１０に固定された反対側のヨーク側板３００（１つのみ図示）を備えている。円筒状外周３１２から形成され、環状上部フランジ３１４を有する走査レンズ３０は、上部フランジ３１４がヨークリング３０６の表面３０４に載置されるように、ヨークアッセンブリ２１２に嵌合される。走査レンズ３０は、アッセンブリ２０２の内部に含まれ、１つ以上のたわみ部４００（図５Ａ〜５Ｅ）により支持されている。軟質支持部材４００を支持アッセンブリ２０２に実装することで、走査レンズ３０を非常にスムースな制御された方法でＺ軸に沿って移動可能にしつつ、Ｘ−Ｙ平面の走査レンズ３０の剛性を向上させる。
【００４６】
軟質鋼部材２７６は、ヨーク台３１０の上部表面３２４の凹部３２２に嵌合して、Ｚ軸２８０に沿ってこれを移動させる自由端３２０を有しており、これによりビーム軸２０６に沿って走査レンズ３０を移動させる。エンコーダ３２８を保持し、音声コイルブリッジ２３６に装着されたエンコーダヘッド台３２６は、エンコーダスケールを保持し、ガイド台２５６に装着されたエンコーダ本体台３３０と協働して、光回折原理を用いて、環状コイル２３２の移動に応じて、音声コイルブリッジ２３６に対するガイド台２５６の変位を測定する。軟質管状鋼部材２７６が環状コイル２３２に装着されているので、測定された変位は、ビーム軸２０６に沿った走査レンズ３０の位置を表している。
【００４７】
搭載(mounting)リング３４２の所定の位置に固定された１／４波長板３４０は、矩形状のヨーク台３１０の下部表面と走査レンズ３０の頂部フランジ３１４との間に位置している。光学アッセンブリステージ２２（図３）に装着された、圧電高速ステアリングミラーなどのビーム偏向装置３４６は、矩形状のヨーク台３１０と１／４波長板３４０との間に位置している。高速ステアリングミラー３４６は、ビーム軸２０６に沿って伝播した入射レーザビーム３４８を受光し、１／４波長板３４０と走査レンズ３０を介してレーザビーム３４８を方向づける。１／４波長板３４０は、入射した直線的に偏光したレーザビームを円形偏光させ、高速ステアリングミラー３４６は、円形偏光レーザビームを方向付けて、試料ステージ２６上に支持された目標試料の作業表面の選択された位置に入射させる。高速ステアリングミラー３４６が、その中立(neutral)位置にあるとき、Ｚ軸２８０、ビーム軸２６０、およびレーザビーム３４８の伝播路は共線的である。高速操縦ミラー３４６の動作時、レーザビーム３４８の伝播路は、通常ビーム軸２０６と整列している。
【００４８】
軟質金属部材２７６は、Ｚ軸方向に硬いが、Ｘ−Ｙ平面では弾性を有する(compliant)。軟質鋼部材２７６のこれらの特性により、バッファとして機能することを可能にし、走査レンズ３０を含むアッセンブリ２０２の案内動作を、走査レンズ３０を移動させるレンズフォーサアッセンブリ２１０の案内動作から分離する。
【００４９】
レンズフォーサアッセンブリ２１０とアッセンブリ２２０は、重心を有し、Ｚ軸に沿って位置している。レンズフォーサアッセンブリ２１０の音声コイルブリッジ２３６は、２つの窪み(depression)３５０を有し、その深さと断面積は、２つの重心を軸方向に整列させるサイズにできる。上記の重心整列により、制御システム２８にモーメントアームを不要にし、これにより公知の片持ちビーム設計に存在する低共振周波数振動傾向の低減を促進することができる。
【００５０】
位置決めシステム１０を実装可能なレーザ加工システムの可能な種類のいくつかの例は、半導体ウェハ、または他の試料微細加工、ダイシング、および溶融加工システムを含む。ウェハダイシングシステムにおいて、レーザビーム３４８は、ウェハ表面のスクライブ位置上を移動する。ウェハ溶融加工システムにおいて、溶融のウェハ表面位置に対して、パルスレーザビーム３４８が移動して、レーザパルスが部分的または完全に溶融材料を除去するように、ウェハ表面位置を照射する。
【００５１】
いくつかの実施形態に関して本発明を説明したが、本発明は、開示した実施例に制限されておらず、それどころか、各種変更例と添付クレームの範囲に含まれる等価な構成の包含を意図することを理解すべきである。この範囲は、法律で許されている上記の全ての変更例と等価な構成を包合するように、最も広い解釈に一致する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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