JP2008523432A - 位置決め装置 - Google Patents

Abstract

パックに流体クッションを提供するための流体の流れを形成する閉路ガス・システム内にパックを組み込むことを特徴とする記載されたタイプの位置決め装置。通常、前記位置決め装置は、熱伝達手段とシステムの周囲を流れるガスとの間の熱交換を可能にするために前記閉路内に組み込まれた熱伝達手段を提供することを特徴とする。パックが、マスクの拡大画像を安定に保持するようにワークピースの表面の厳密な追従を可能にするようにレンズとマスクに結合され、パック、レンズとマスクの組合せが、前記ワークピースの前記表面に対するレーザ・ビームの焦点の調節を可能にするように作用する釣合錘によって釣り合わされたユニットを形成する。

Description

本発明は位置決め装置に関する。

我々の同時継続中のＧＢ出願０３０７７２３７（先願）に、「Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ ａ ｐｒｏｄｕｃｔ ｔｈｅｒｅｏｆ」が記載されている。その最も広義の方法態様において、先願は、移送システムの一部を形成するキャリア上にワークピースを配置するステップであって、ワークピースのＸ軸に平行な経路、該経路を横断して位置するＹ軸、該経路を横断して位置するＺ軸に沿ってキャリアが変位できる、前記ステップと、レーザからの出力ビームによって、ワークピースのＸ、Ｙ、Ｚ軸に対する基準位置を決めるステップと、ワークピースがレーザによってマイクロ機械加工プロセスを受けることができるように、移送システムを用いてワークピースを経路に沿って変位させるステップとを含む、レーザを用いた、ワークピースのマイクロ機械加工プロセスであって、基準位置と、該基準位置の近傍のワークピースの表面上の位置との間の距離を維持するステップ、およびワークピースの表面に対して基準位置が固定された距離に維持されるように、ワークピースの厚さの局所的な変化に対処するステップを特徴とする方法を提供している。

先願は、ワークピースの表面を追従するように基準位置を変位させることによって、ワークピースの厚さの局所的な変動に対処するステップを発展させることへ進む。これは、距離を維持するステップが、ワークピースの第１の表面上の流体クッション上に載る本体部材を備える距離感知装置を用いて行われることへ進み、前記流体クッションが、本体部材を第１の表面から所定の距離に維持するように本体部材から供給される流体の流れによって形成れ、かつ、ワークピースの厚さの変動により、本体部材が本体部材の現在の位置から変位された場合、第１の表面に対して垂直な本体部材の位置のいずれかの変化が、ワークピースの第１の表面に対してその所定の距離まで作業基準位置を回復させるように現在の基準点位置における対応する変化を生じさせるように、焦点または撮像レンズを移動させるために使用されることへ進む。以下では、このような装置は、「記載されたタイプのもの」であると称される。好ましくは、本体部材が、ワークピースの第１の側に対して配置され、さらなる本体部材が、第１の側に対してワークピースの反対側のワークピースの第２の側に対して配置されて設けられ、かつさらなる本体部材が、ワークピースの局所的な厚さが減少したとき、本体部材に向かってワークピースを押しやる働きをする。

マイクロ機械加工されるワークピースの表面上に載っている本体部材を備える距離感知装置のこの概念が、現在さらに展開される。今後、このような距離感知装置が「パック」と称される。

本発明によると、流体クッションを提供するための流体の流れをパックが確立する閉路ガス・システム内にパックを組み込むことを特徴とする、記載されたタイプの位置決め装置が提供される。

本発明の第１の好ましいにバージョンによると、前記位置決め装置は、熱伝達手段と前記システムの周囲を流れるガスとの間の熱交換を可能にするために前記閉路内に組み込まれた熱伝達手段を設けることを特徴とする。

本発明の第２の好ましいバージョンまたは本発明の第１の好ましいバージョンによると、前記パックは、マスクの拡大画像を安定に保持するようにワークピースの表面の厳密な追従を可能にするようにレンズとマスクに結合され、パック、レンズ、マスクの組合せが、前記ワークピースの前記表面に対するレーザ・ビームの焦点の調節を可能にするように作用する釣合錘によって釣り合わされたユニットを形成する。

本発明の第３の好ましいバージョンまたは本発明の前述の好ましいバージョンによると、前記パックがレンズ・ユニットをワークピースの表面の上方に支持するカラムを備え、前記カラムが前記閉路ガス・システムからガスを供給され、前記カラムが、前記ワークピースの上方の厳密に特定された空間距離に前記パックを支持するように、前記カラムの脚部に開口を備え、前記レンズ・ユニットが、前記ワークピースの表面上のある点での前記レーザ・ビームの合焦を可能にする。通常、前記パックが、前記カラムとともに、前記レンズ・ユニットをワークピースの表面の上方に支持する働きをするさらなるカラムを備え、前記さらなるカラムが、前記閉路ガス・システムからガスを供給され、前記さらなるカラムが、そのさらなるカラムの脚部に開口を備え、前記カラムと前記さらなるカラムが共同して、前記ワークピースの上方の厳密に特定された空間距離に前記パックを支持するように働き、前記レンズ・ユニットが、前記ワークピースの前記表面上のある点での前記レーザ・ビームの合焦を可能にする。

本発明の第４の好ましいバージョンまたは本発明のいずれかの前述の好ましいバージョンによると、前記パックが、ガス流のためのさらなる取入パイプを備え、かつ前記閉路ガス・システムとは別に前記パックから抽出することを可能にするための抽出流のためのさらなる排出パイプを備える。

本発明の第５の好ましいバージョンまたは本発明のいずれかの前述の好ましいバージョンによると、前記閉路ガス流システムが、少なくとも２つの取入口と２つの排出口を用いて前記パック内へ供給され、かつ前記パックから外へ排出される。

本発明の第６の好ましいバージョンまたはいずれかの本発明の前述の好ましいバージョンによると、前述の請求項のいずれかに記載の位置決め装置が、ワークピースの表面に近接して配置するための静電装置を組み込んでいるパックを有する。通常、前記パックは、絶縁材料から製造される。

本発明の第７の好ましいバージョンまたは本発明のいずれかの前述の好ましいバージョンによると、前記パックが、ワークピース１０３から極めて短い距離（ミクロン・レベル）にコンタクト・マスクを組み込んでいる。

本発明の第８の好ましいバージョンまたは本発明のいずれかの前述の好ましいバージョンによると、パックが前記ワークピースの製造誤差を補償することを可能にするために、前記空気のガス流によって、前記ワークピースの前記表面に対して前記パックを浮遊させるように、ワークピースの曲線状の表面に厳密に対応するような形状にされた下側面を有する。

「ガス」という用語は、気体、蒸気、または気体と蒸気の混合物および空気含む。

本体部材のいくつかの例示的な実施形態が、添付の図１および図２から１１を参照して、ここで説明される。

大部分の例では、機械加工レーザからのビームがそれを通って方向付けられる透かしの中央領域を有するパックが示されている。図を簡潔に保つために、いくつかの場合では透かし領域とレーザ・ビームが省略される。

図１
これは、先願で想定されたようなパック概念を示している。パック２１は、点Ｘに合焦された協働するレーザ・ビーム２４の手段によって、表面２２をマイクロ機械加工するために、ワークピース２３の平坦な表面２２を覆って配置されている。

図２
閉路ガス・システム４１が、高濃度のパージング・ガスまたは補助ガスがワークピース４４の領域４３を覆っているパック４２を通過させる。ガス・システムは、パック４２内にガスを供給するため、およびそれからガスを抽出するために（ポンプ４９から延びる）チューブ４５、４６を備える。窒素、酸素、ヘリウムまたは空気などの気体／蒸気、またはより化学的に活性である何かが、パック４２を通って循環させられる。パック４２は、レーザ・ビーム４８がワークピース４４上の点Ｘに合焦される中央開口４７を備える。システムは、ガスを補給して、小さい損失の影響を克服する手段を備えている。循環のために必要とされるガスの全容量が比較的小さいため、図示した構成は、危険または環境的に有害な、または高価なガスに対して特に有用であろう。

図３
このシステムＳは、パイプ５１、５２によってポンプ５３と連結されたパック５０を備える流れループを備え、図２のシステムと類似している。機械加工領域５６に入る流れに対するガス処理を可能にするためのユニット５５が、ループ内にさらに設けられている。これは、表面の加熱、冷却、乾燥、湿潤またはイオン化を可能にする。第２のループが、機械領域での湿潤、領域のすぐ外で乾燥させられる、などの動作の組合せを可能にするために、システムＳと相俟って使用することができる。

図４
パック８１が、マスク８３の拡大画像を安定に保持するようにワークピース８５の表面８４の厳密な追従を可能にするために、レンズ８２とマスク８３と結合されている。パック８１、レンズ８２、マスク８３の組合せは、ワークピース８５の表面８４に対してレーザ・ビームＸの焦点を調節させるために、プーリ８８の周りを通過するライン８７によって作用する釣合錘８６によって容易に釣り合わせることができる。

図５
カラム・パック１２１が、ワークピース１２４の表面１２３の上方でレンズ・ユニット１２２を支持する。カラム１２５が、ワークピース１２４の上方の厳密に指定された空間距離にカラム・パック１２１を支持するように、隙間を経由してカラム１２５の脚部の開口１２７の外へ通過する取入口１２６を経由して空気を供給される。レンズ・ユニット１２２が、表面１２３上の点Ｘでのレーザ・ビーム１２８の合焦を可能にする。

図６
カラム・パック１３１が、図５によって説明されたカラム・パックの複製バージョンとなる。この場合、カラム１３５、１３６が、レンズ・ユニット１３２の両側に装着される。カラム１３５（１３６）が、ワークピース１３３の上部表面１３４の上方の厳密に指定された空間距離にカラム・パック１３１を支持するように、隙間を経由してカラム１３５（１３６）の脚部の開口１３９（１４０）の外へ通過する取入口１３７（１３８）によって空気を供給される。レンズ・ユニット１３２が、表面１３３上の点Ｘでのレーザ・ビーム１４１の合焦を可能にする。

図７
パック９１は、乾燥を促進するため、ガス流のための取入パイプ９２と、抽出流のための排出パイプ９３を有する。

図８
パック１１１が、機械加工作業中パック１１１の方向を切り替えるために、１１２Ａ、１１２Ｂと１１３Ａ、１１３Ｂの２対のパイプによってガスを供給される、平面図で示されている。パック１１１は、それを通ってレーザ・ビームを、機械加工されるワークピース上に方向付け、かつ合焦できる中央開口１１４を有する。このような構成を、図６または７に関連するシステムの概要とともに使用できる。提案される構成はまた、屑の抽出または、屑の流れの変更またはガイドを可能にする。

図９
パック７１は、ワークピース７２の表面７４のごく近傍に静電装置７３を位置決めするために使用される。この目的のために、パック７１は、絶縁材料から製造される。パック７１は、それを通ってレーザ・ビーム７６が表面７４上に合焦される、開いた中央領域７５を有する。

図１０
パック１０１は、ワークピース１０３から極めて短い距離（上向きにミクロン・レベル）にコンタクト・マスク１０２を配置する働きをする。パック概念の導入の前に、問題を生じた表面の近傍にマスクを配置する。パックの使用は、マスク１０２の厳密な配置を可能にするだけでなく、パック１０１が、ワークピース１０３の近傍であるが、それと接触せずにマスク１０２を保持することを含む、ステップ・アンド・リピートすなわち同期化された画像走査方法で移動されることを可能にする。

図１１
パック１１は、回転円筒形のワークピース１２の外部表面１３に厳密に適合するような形状にされた下側面１１Ａを有する。パック１１は、パック１１を空気のクッション上に支持された表面１３の上方で浮遊させるために、先願に記載されたものと同様の方式でパック１１内へ方向付けられ、パック１１の下側面の外へ通過する空気の流れＡによって、ワークピース１２の表面１３に対して浮遊するようにされている。パック１１は、浮遊しているとき、表面１３を追従し、かつ、円形ではなく楕円形のワークピース１３、不正確に配置された回転中心を生じさせること、または支持ベアリング誤差などのいくつかの考えられる誤差を補償する。ワークピース１２がパック１１よりも軸方向に（すなわち、図示した紙の平面内へ）長い場合、ワークピース１２の表面１３が、その長さに沿って機械加工されることを可能にするために、パック１１を軸方向に動かすことができる。このことは、ワークピース１２の表面全長に対する機械加工レーザのビーム１６の焦点Ｘの厳密な制御を可能にする。パック１１は、それを通ってレーザ・ビーム１６（通常紫外線光）が、表面１３の機械加工を可能にするためにワークピース１２の表面１３上へ方向付けられる中心穴１４を有する環状の平面形状である。

上記の実施形態では、ワークピースの表面上の点Ｘ上に合焦されたレーザ・ビームが、参照された。本発明は表面作業に限定されない。点Ｘは、作業がそれを必要とするとき、ワークピースの内部に配置されてもよい。

上記の実施形態は、パック概念に関する適用の範囲を表している。特に、このことは、たとえばワークピース幾何形状の変更を可能にしながら、厳密な公差が維持されることを可能にするために最適なパック構成を使用することによって、特定の機械加工適用例を行うことを可能にする。

先願のパック主題の形態を示す図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。 マイクロ波機械加工に関連する使用のために現在提案されているパック適用例および発展形態のタイプの範囲の概略図である。

Claims (12)

1. パック（１１、２１、４２、５０、７１、８１、９１、１０１、１１１）を、前記パックが流体クッションを提供するための流体の流れを確立する閉路ガス・システム内に組み込むことを特徴とする、記載されたタイプの位置決め装置。
2. 熱伝達手段と前記システムの周囲を流れるガスとの間の熱交換を可能にするために前記閉路内に組み込まれた熱伝達手段（５５）を提供することを特徴とする請求項１に記載の位置決め装置。
3. 前記パックが、マスクの拡大画像を安定に保持するようにワークピースの表面の厳密な追従を可能にするようにレンズと前記マスクと結合され、パック、レンズ、マスクの前記組合せが、前記ワークピースの表面に対するレーザ・ビームの焦点の調節を可能にするように作用する釣合錘によって釣り合わされたユニットを形成する前記請求項のいずれかに記載の位置決め装置。
4. 前記パックが、レンズ・ユニットをワークピースの前記表面の上方に支持するカラムを備え、前記カラムが、前記閉路ガス・システムからガスを供給され、前記カラムが、前記ワークピースの上方の厳密に特定された空間距離に前記パックを支持するように、前記カラムの脚部に開口を備え、前記レンズ・ユニットが、前記ワークピースの前記表面上のある点に前記レーザ・ビームの合焦を可能にする請求項１または２に記載の位置決め装置。
5. 前記パックが、前記カラムとともに、前記レンズ・ユニットをワークピースの前記表面の上方に支持する働きをするさらなるカラムを備え、前記さらなるカラムが、前記閉路ガス・システムからガスを供給され、前記さらなるカラムが、そのさらなるカラムの脚部に開口を備え、前記カラムと前記さらなるカラムが共同して、前記ワークピースの上方の厳密に特定された空間距離に前記パックを支持するように働き、前記レンズ・ユニットが、前記ワークピースの前記表面上のある点での前記レーザ・ビームの前記合焦を可能にする請求項４に記載の位置決め装置。
6. 前記パックが、ガス流のためのさらなる取入パイプを備え、かつ前記閉路ガス・システムとは別に前記パックから抽出することを可能にするための抽出流のためのさらなる排出パイプを備える前記請求項のいずれかに記載の位置決め装置。
7. 前記閉路ガス流システムが、少なくとも２つの取入口と２つの排出口を用いて前記パック内へ供給され、かつ前記パックから外へ排出される前記請求項のいずれかに記載の位置決め装置。
8. ワークピースの表面に近接して配置するための静電装置を組み込んでいるパックを有する前記請求項のいずれかに記載の位置決め装置。
9. 前記パックが、絶縁材料から製造される請求項８に記載の位置決め装置。
10. ワークピース１０３から極めて短い距離（ミクロン・レベル）にコンタクト・マスクを組み込んでおり、前記パック概念の前記導入の前に前記作業表面の近傍であるが、それと接触せずにマスクを配置する前記請求項のいずれかに記載の位置決め装置。
11. パックがワークピースの製造誤差を補償することを可能にするために、前記空気のガス流によって、前記ワークピースの前記表面に対して前記パックを浮遊させるように、前記ワークピースの曲線状の表面に厳密に対応するような形状にされた前記パックを有する位置決め装置。
12. 添付図面の図２もしくは３、図４、５もしくは６、図７もしくは８、図９もしくは１０、または図１１を参照して前に記載された位置決め装置。

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