CN1997575B - 一种用于接受工件的平台以及在这种平台上加工工件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于加工工件的设备，特别是大致平坦的基底，包括用于支撑工件(5)的平台(2)，在工件(5)和平台(2)的顶面(17.1，17.2)之间区域中平台(2)的顶面(17.1，17.2)上产生气流(22)的流动生成装置(6，11)，工件(5)在加工过程中支撑在该气流上。

Description

一种用于接受工件的平台以及在这种平台上加工工件的方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分的用于接受工件(workpiece)的平台，以及在根据本发明的平台上加工工件的方法。这种平台用于，例如加工板状工件，如玻璃板之类，通过激光装置，例如激光刻划或切割。
背景技术
众所周知类似工件可夹住相对的两边然后进行加工，通常从顶面开始。但在遇到大面积的薄工件时总是有下垂，它以不可完全控制的方式影响工件和加工设备之间的距离，在有高精度需求时，至少必须格外小心谨慎，在某些情况下在加工过程中不能容许足够的精度。
比较而言，将工件放在连续的平坦支撑表面上则能基本上防止下垂。但由于支撑表面存在不可避免的粗糙度，工件的局部变形，虽然基本上较小，但结构的加工在微米或亚微米范围时，仍然会带来麻烦，在这种情况下也不能被完全消除。此外，工件与支撑表面直接接触存在被划伤的风险，或存在以另外的方式被损坏的风险。这会导致浪费，尤其是在加工半导体工业中的基底时，如大面积的晶片。
发明内容
本发明的目的是提供一种允许通过激光或其它设备进行高精度的工件加工的平台，而不会危及与支撑表面直接接触的工件表面。该目的通过权利要求1中的特征部分的技术特征实现。另外，本发明还期望提供一种合适的方法用于在根据本发明的平台上加工工件。该发明目的通过权利要求18的技术特征实现。
由于工件，板或玻璃板支撑在气垫上，本发明具有决定性的优点在于，在加工板状工件时，工件的下部不直接与平台的顶面接触，其结果是可避免所不期望的板的底部被例如平台表面或颗粒污染或划伤，或损坏所述底部。而且，在气垫上支撑工件可避免基底的下垂或弯曲。通过调节压力条件，还可能在一定限度内调节高度，这在某些加工步骤中是有利的。此外，所述空气或气体垫允许在台面(准)无摩擦地传送工件。
特别地，盘状或板状工件，例如玻璃片，玻璃基底，陶瓷板，半导体材料晶片，例如硅，在这里都被看作工件。这些板可达到例如面积为2m2或更大的同时，具有例如仅为1mm或更小的厚度，即可具有大面积但可能是薄的，它们通常由脆性材料组成，例如玻璃或陶瓷。
本发明的装置优选是具有一个至少由两段组成的平台或台面，面对工件的一段的表面具有多个出口孔或出口通道，它们相互等距延伸并且成行排列以用于压力装置的受压气体，这些孔或通道联接到压力装置以允许流体通过。受压气体的出口孔大致在整个平台的顶面均匀分布，其结果是对支撑在气垫上的工件产生一个均匀压力，从而避免工件板的不期望的弯曲。
本发明的装置优选是具有一个吸气装置以用于吸入面对工件的平台表面或台面的增压气体。它的优点是支撑气垫内的主要流体压力可通过高压的压力边与至少压力较低的吸气边之间的压差进行控制。因此气垫或空气垫内的压力也可以这样一种方式设置，即盘状工件保持加工过程给定的加工高度。
平台(或相同上下文中的一段)优选是在其面对工件的表面上具有多个吸气孔，这些吸气孔均匀分布在平台或台面的顶面，并且联接到吸气装置以允许流体通过。这允许均匀吸气，从平台的整个顶面或一段的顶面看，这样也在工件上产生均匀的压力分布，该压力分布并均匀保持在整个平台或一段面积上。本发明的平台优选是，在其面对工件的顶面的里面或上面，有多个吸气管道，吸气槽或凹陷处作为吸气孔，这些吸气孔沿着平台的纵向连续等距延伸，并优选在所有情况下总是大致在平台整个宽度无隔断地延伸，其结果是改进了流体或空气在表面的均匀吸入。
吸气管道可具有蛇形，Z字形，锯齿状和/或曲折的吸气横截面，但吸气孔的吸气横截面也可以是圆的，例如环形，或多边形的，例如矩形。
平台或平台的台面优选以这样一种方式分割，即对应于台面两半的各段以与形成的缝隙共面的方式设置，在端面处的段之间有一凹陷或空间。加工设备可安装在缝隙中，根据设备对象，其可具有一测量，测试或加工设备。而且，可在平台上安装另一加工设备，在基底上，存在空间偏移或者在一种布置中，其允许从上面和下面对同一基底区进行同时加工。根据这个目的，这就可以是同时加工甚至是同时加工和测量，这样允许，例如，调节加工过程。
因此，例如，在激光加工过程中，便于利用激光辐射对段之间的整个缝隙在板的两侧同时加工。
附图说明
以下，参照仅代表实施例的附图详细解释本发明。
图1表示根据本发明的平台的具体实施例的示意图，
图2表示图1分出的本发明的装置实施例的平台的透视图，
图3表示用于图2的本发明的实施例装置的切开的一组孔的平面图，以及
图4表示根据本发明的平台顶面上的用于工件的夹具以及用于所述夹具的线性导轨。
具体实施方式
图1表示根据本发明具有平台2的装置1；示意性示出的加工装置是激光设备，一个流动产生装置具有流出设备11和释放受压流体例如氮气、其它气体或混合气体，在本实施例中是空气的压力产生装置6。盘状工件5是例如，玻璃板，陶瓷板或其它通过激光装置加工的脆性基底材料。在根据图1的本发明的实施例和优选实施例中，盘状工件5是陶瓷基底板或玻璃基底板。
平台2主要包括面向上方的构成支撑表面的台面2.1。它包括具有相同尺寸的两相等矩形2.11和2.12构成的两段。两段2.11，2.12的台面17.1和17.2构成平台2的支撑表面的延伸部分，其面对盘状工件5，在它们的表面具有多个外流孔15，从孔15中流出受压气体，还有多个流出孔14，通过流出孔14至少部分受压气体从平台两半2.11和2.12的台面17.1，17.2吸入。
半平台2.12的顶面17.2和半平台2.11的顶面17.1上，流出孔14是槽，凹陷或通道的形式，其在顶部是开口的，平面图中，每个孔在平台两半2.12和2.11的整个宽度B上以不间断的方式具有Z字形或曲折的流出横截面。因此，图2表示六个具有相同形状的流出孔14，从工件5的给进方向看，即平台2的纵向L，其构成相互等距排列。半台面2.11也有六个曲折的构成相互等距排列的流出孔14。流出孔14在半平台2.12和2.11的整个台面17.1或17.2上大致均匀分布，这样保证在整个台面表面气体介质均匀流出。从台面2.1的纵向L和宽度方向B看，具有环形出口横截面的外流孔15或出口喷嘴在连续等距的曲折流出孔14的环绕之间形成。它们的直径优选是在0.1mm和2mm之间，但也可以在0.05mm和10mm之间，这取决于实际应用。在每种情况下，如图2所示的外流孔15都为一点，与提供相对较大的流出横截面的槽状流出孔14相比，在每种情况下，外流孔15都具有相对小的孔横截面。外流孔也在整个台面2.1，即半平台2.11和2.12上均匀分布。
在该实施例中，在平台2的整个宽度上延伸的缝隙16或空间设置在两段2.11和2.12之间。平台2的方块18，其顶面与半平台2.12的顶面17.2平齐，被插入到缝隙16和半平台2.12之间，即方块18的顶面与半平台2.12的顶面17.2共面。与方块18相对，并隔开一段距离，有另一方块19，其表面与半平台2.11的顶面17.1平齐，被插入到缝隙16，即其顶面与半平台2.11的顶面17.1共面。
两行外流孔18.1形成在方块18的顶部，每行外流孔18.1在台面2.1的整个宽度方向或平台18的长度方向连续等距成形。从纵向L看，两行外流孔18.1以一定间距相互平行设置。在两行外流孔18.1之间，一行流出孔18.2分布在方块18的整个长度方向，每个流出孔18.2又设置成连续等距排列。在每种情况下，两个流出孔18.2之间的区域，两个外流孔设置成大致在上述两个流出孔18.2之间的假想中心线上。从台面2.1的纵向L看，上述两个外流孔18.1并不与相邻的流出孔18.2一起位于公共的假想中心线上，外流孔18.1而是相对于流出孔18.2交错排列。方块18的流出孔18.2和外流孔18.1在其顶面均匀分布。
方块19在其顶面具有多组孔19.6(参考图3)，它们在平台2的整个宽度方向B或者沿着方块19的整个长度方向连续等距地排列成一行。每组孔19.6具有一个流出孔19.2和一个外流孔19.1，外流孔19.1以框状或环形方式环绕流出孔19.2。更确切地说，在所示的本发明具体实施例中，流出孔19.2具有一个沿方块19的纵向延伸的纵向部分19.4，以及两个横向部分19.5和19.3，它们与纵向部分19.4的端部连续并横向延伸到纵向部分19.4。流出孔19.2在其表面或平台19的顶面因而具有两个T形流出横截面。外流孔19.1具有一个矩形框架形的流出横截面，该框架连续环绕两个T形的流出孔19.2。在图2中总共有11组这样的孔19.6形成一行。方块18，19上的两种所述成形和设置的孔可根据优选实施例互换。它们特别是允许工件在延伸部分上沿缝隙16在给进方向轻易滑动。优选是，使用两个相同成形的方块18，19，但并不是必需这样。
所有的流出孔14，18.2和19.2联接到流出管道网13，以允许流体通过，例如通过流出连接装置14.1和管道，它们成形在仅在图中示出地半台面2.11和2.12内。流出管道网13又联接到流出装置11以允许流体通过，流出装置例如可以是隔膜泵或者喷射泵，并将气体或空气从平台2.1顶面以及方块18和19移走。真空控制阀12设置在流出管道网13和流出装置11之间以允许流体通过，其可通过例如微处理器装置和软件以及相应电子技术控制。
外流孔15，18.1和19.1联接到压力管道网8，例如通过半台面2.11和2.12以及方块18和19内的相应管路连接和内部管道，以允许流体通过，压力管道网8又联接到压力生成装置6以允许流体通过，压力生成装置6设计成例如提供空气和在出口产生压力的压缩机。压力控制阀7安装在压力管道网8和压力生成装置6之间以允许流体通过，其可通过例如微处理器装置进行电子控制或调节。结果是产生高于环境压力0.1巴到1.5巴之间的压力。
激光装置包括例如，两个激光单元3，9，它们沿平台2的顶面或台面2.1方向发射激光束，以加工盘状工件5的顶面，或者在半台2.12和2.11之间的缝隙16内的盘状工件5的底部方向发射激光束，以用激光束加工盘状工件5的底面。来自激光单元3的第一激光束(参考图1)经过聚焦装置4将激光束聚焦到盘状工件5的顶面上，而来自激光单元9的第二激光束经过聚焦装置10将激光束聚焦到盘状工件5的底面上。盘状工件5从而由优选实施例中的设备在其底面和顶面同时加工。
盘状工件5在平台2的纵向L的给进通过给进装置(feedapparatus)(图4)执行，它包括一个具有两个轨道30，31的线性导轨，它们固定在设置在平台1的两段2.11和2.12的相对的横向边缘的边缘带21，并横跨缝隙16。它们可以是，例如，半圆形形状。工件5的容器在线性导轨中被引导，其包括两个纵向隔开一段距离并且独立移动的夹具32，33。第一夹具32具有用于工件边缘的挡板，其在纵向起作用允许所述工件精确定位在容器中，而第二夹具33带有压力装置，包括例如，弧形弹簧34，35或者气压致动气缸，将工件5压紧到挡板上。两个夹具32，33中的每一个都在轨道30，31内在两边进行引导。驱动装置包括线性电机36，37和38，39，每一个都有适应轨道30，31的轮子，并分别驱动第一夹具32和第二夹具33，用于以精确可控的方式移动工件5的容器经过缝隙16以使所述工件能被激光束3，9连续加工。第一夹具32还具有用于高度调节的元件，例如气动元件，该元件使得在一定高度调节挡板以支撑工件成为可能。这样，工件5的前部边缘能被调节到某一所需高度。然后工件5的其余部分由压力控制阀7，12调节气垫调节到相同高度。此后，工件5通过第二夹具33接触，再以可控方式压紧并固定。除了夹具32，33，也可以提供一体的高度调节框架，该工件支撑在框架上面。
通过激光单元3或9以及各自协调聚焦装置4和10所发射的激光束，分别能通过偏转装置，例如电镜或可移动的偏转镜，在平台2或工件5的宽度B上偏转。在给进中，盘状工件5在其横向边缘由平台2的边缘带21引导。
可替换地，盘状工件的给进和引导可设计成非接触的，例如通过恰当的控制气流或通过横向安装的附加气流流入孔。
如果要加工盘状工件5的表面，压力生成装置6和流出装置11投入运转，结果是压力生成装置6，通过压力控制阀7和压力管道网8，将受压空气供应给两半/段台面2.11和2.12的外流孔15，方块1 的外流孔18.1，以及方块19的外流孔19.1。受压空气在高压下从半台面2.11和2.12，方块18和19顶部的流出孔流出。盘状工件5然后放在平台2上，并被联接到所述给进装置上。盘状工件5通过生成的气垫保持高于平台2的顶面或表面。气垫对盘状工件5的支持在平台或平台区域的整个顶部都是均匀的，因为外流孔15和流出孔14除了缝隙区域以外是均匀分布的。因为盘状工件5支撑在盘状工件5和平台顶面17.1和17.2之间的气垫或气流上，所述工件不会与平台2的顶面接触。
同时，外流通过平台2顶面的外流孔14，18.2，19.2利用外流装置11通过外流管道网13和真空控制阀12实现，结果平台2顶面的气流压力可通过给进边和流出边之间的压力差进行调节，这样盘状工件5可稳定牢固地支撑在预定高度，其对应于在盘状工件5和平台2顶面之间产生的气垫上的盘状工件5的加工高度。工件距离支撑面的距离可以调节，例如，调节到0.01mm和1mm之间的一个值，优选是0.05mm和0.3mm之间。加工高度的精确调节当加工设备是激光装置时尤其重要，因为工件或加工区域必须保持在激光的焦点内。
通常调节一次工件5的高度，并如上所述固定工件就足够了。所述高度可以通过设置带有合适测量装置的测量设备检查一次，其通过例如干涉测量或三角方法确定高度，并分布在缝隙内或平台上。在前一个例子中，工件5可在缝隙16上移动一次，可以检查它的平均高度位置；后一个例子中，通过分布该测量工具可迅速完成检查。工件5的高度在加工中通过反馈也可以保持不变。工件5可借助测量设备定位在精度为50μm到100μm之间的缝隙上，工件的高度可通过精度为1μm的测量设备测量，气压可通过合适的控制回路由压力阀7，12进行调节。激光的焦点也可被调节以补偿工件5的微小的不规则。
通过本发明的设备，各种工件的加工操作可同时加工工件5的底面和顶面来进行。例如，材料可通过激光束从工件5的顶面或底面移动，例如为了能够在工件上形成导体轨道，或者工件可通过激光作标记或划线。对于透明工件5，还可以例如，从工件5的底面到其顶面加工一个涂层。
材料移动的专门的例子是所谓的激光刻划，在带有连续导电涂层的薄基底上的某一区域进行电绝缘。为此，利用激光将导电层沿一条线去除(该方法被称作激光烧蚀)，边界区域从而被电绝缘。为此，工件非接触地支撑在气体或空气垫上根据本发明的平台上，并在加工设备上来回移动(激光)，该设备沿平台2的纵向L设置在缝隙16的两段2.11和2.12之间。平台的横向移动可通过在缝隙内移动加工设备实现；结合纵向移动，可在基底上以一已知方式刻划线条。
经常必须在工件上提供标记以确定工件相对于平台或加工设备的位置。这些标记方便地生成十字线或方向线。在上升气流加工中标记的运用是有效的，例如通过打印或照相平版曝光加工过程中。但更方便地是，这些标记可通过根据本发明的激光设备实现，例如在第一次工序中。除了激光作为加工设备外，为此而提供用于标记的探测器尤其有利，例如模式识别设备作为测量设备，该设备可设置在平台内或平台上多个点的某一固定位置，使得能同时监控多个标记。在一实施例中，测量设备也可设置在缝隙16上或缝隙16内，优选是在移动设备上，例如加工设备(激光)，或其组合。
此外，通过标记进行位置监控使得设计给进和引导设备成为可能，以使得定位的精度无需由它们保证。当支撑和引导由非接触或基本上非接触的方式实现时尤其必要。
此外，当基底必须多次刻划时标记格外重要，例如多个涂层加工之间，每道工序都在工件上沉积一层材料。这样能保证工件的方位被再次识别，新的线条按预定图案被刻划。这种情况下的精度要求是5到500μm。但10μm的精度对于再次处理标记也是容易达到的，特别是由于对工件运动的控制基本上能满足更高的精度要求，例如可以是1μm。所述精度用于各种横对缝隙或平行于缝隙的定位。
此外，以例如条形码形式的标记也可用于识别工件。这样可为每个工件提供单独的雕刻图案，通过标记保证了工件具有唯一的标识。如果除了加工设备以外，还提供测量和测试设备，那么该设备还能够清楚地调整测试样品和被测数据。
在另一应用中，根据本发明的装置可被用于分开或切割盘状工件，例如玻璃板或陶瓷板。这里，可使用板的激光诱导切割。本发明的设备通过沿切割线移动激光束切割板或工件5，玻璃板沿切割线被加热但没有融化。沿切割线对板加热之后再通过冷却介质沿切割线冷却，例如冷却空气喷嘴，板内沿切割线产生的应力，使玻璃板沿切割线精确破裂。利用本发明设备中的气垫，通过板或玻璃板的支撑，板的底部不与平台表面直接接触，即使是在激光诱导切割板的情况，其结果是避免了板的底部被不合需要地弄脏或划伤，或者是板的底部被平台表面损坏。
平台还可以有多个相互间隔开的连续缝隙，例如被方块隔开并且在每个缝隙中都设置有加工设备，这样，可同时进行多个加工工序。

Claims (20)

1.一种具有平支撑表面的平台(2)，用于支撑工件(5)，其中支撑表面包括至少两个沿长度方向对齐且由沿横向于长度方向的方向延伸的缝隙(16)隔开的表面部件，用于供给压缩气体以在各表面部件和工件(5)的底面之间产生气垫的外流孔(15)分布在该表面部件上，
所述平台(2)具有用于工件(5)的给进装置和用于加工工件(5)的加工设备，给进装置移动工件越过缝隙(16)，
其特征在于，该设备布置在缝隙(16)的下面，且给进装置具有线性导轨，线性导轨沿长度方向横过缝隙(16)，所述平台(2)还有一个用于工件的容器以及一个沿线性导轨移动该容器的驱动装置。
2.如权利要求1所述的平台(2)，其特征在于，线性导轨有两个平行的导轨(30，31)，它们之间横向于长度的方向隔开一段距离，容器包括第一夹具(32)和第二夹具(33)，它们之间沿长度方向隔开一段距离，每个夹具都在两个导轨(30，31)内引导。
3.如权利要求2所述的平台(2)，其特征在于第一夹具(32)具有用于工件(5)的挡块，其在纵向起作用，以及第二夹具(33)有一压力装置，其将工件(5)压紧到挡块上。
4.如权利要求2或3所述的平台(2)，其特征在于，驱动装置包括至少一个连接到第一夹具(32)和第二夹具(33)的线性电机(36，37；38，39)。
5.如权利要求1到3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，它包括用于识别工件(5)上的参考标记及其位置的图案识别设备。
6.如权利要求1至3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，它包括用于加工工件(5)的加工设备，该设备布置在缝隙(16)的上面。
7.如权利要求1至3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，加工设备包括至少一个指向缝隙(16)的激光单元(3，9)。
8.如权利要求7所述的平台(2)，其特征在于激光单元(3，9)的焦点在高度上是可调节的。
9.如权利要求1至3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，外流孔(15)大致均匀分布在表面部件上。
10.如权利要求1至3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，外流孔(15)至少部分是圆的。
11.如权利要求10中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，外流孔(15)的直径在0.05mm到10mm之间。
12.如权利要求11中任意一项所述的平台(2)，其特征在于，外流孔(15)的直径在0.1mm到2mm之间。
13.如权利要求1到3中任意一项所述的平台(2)，其特征在于用于带走压缩气体的流出孔(14)分布在表面部件上。
14.如权利要求13所述的平台(2)，其特征在于流出孔(14)至少部分以流出缝的形式大致与缝隙(16)平行，并沿纵向均匀分布在表面部件上。
15.如权利要求14所述的平台(2)，其特征在于每个流出缝沿着一条Z字线延伸。
16.如权利要求13所述的平台(2)，其特征在于，流出孔(18.2，19.2)被形成封闭狭缝的外流孔(18.1，19.1)环绕，并至少设置在缝隙(16)的两侧。
17.如权利要求16所述的平台(2)，其特征在于，流出孔(19.2)形成近似“工”形的狭缝，环绕它的外流孔(19.1)形成具有矩形框架形状的狭缝。
18.在根据权利要求1到17中任意一项所述的平台(2)上加工工件(5)的方法，其特征在于工件(5)夹紧在容器内，然后与容器在缝隙(16)上移动，并同时经过缝隙(16)从底面进行加工。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于它包括通过激光束加工。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于工件(5)对激光束是透明的，设置在它的表面的一层被加工。
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