TW201004729A - Modifying entry angles associated with circular tooling actions to improve throughput in part machining - Google Patents

Description

201004729 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明大體上係關於合併圓形加工動作之 本申請案主張2〇〇8年6月16曰由古主★笔咖 加工。 61/〇61，692號之權利。 β、’臨時申請案第 【先前技術】 在機械加工操作期間，需要最小化非 作用」）時間，其與加工機具相對於一所明的無 ❹ 部至下一加工牲下目一加工特徵 加工特徵部的移動關聯。根據 化與此等移動關聯的一總加工移動「長度」。方法最小 【發明内容】 」 本文教示之實施例包含減少該無作用 法，該無作用時間係與加工機具相對於裝：及： ^ 1千自一加工特 。—加工特徵部的移動關聯。根據—實例 種用於控制一軌道之裝置 … 相對於_組件移動加 ，力工疋位益系統沿著該軌道 . 機八用於機械加工該件巾& 個相同類型的特微邱Α/上件中的多 特徵部時，一第：^加工機具開始機械加工-第- 機:完成機械加工該第-特徵部時，該第一加二= 時，：：度。當該加工機具開始機械加工一第二特徵部 成機心—加工軌道具有一進入速度’且當該加工機具完 成機械加工該第二特 速度。 、寺’该第二加工軌道具有-離開 道各自=—°工軌道之進人及離開速度與該第-加工軌 道各自的進入及離開速度不同。 軌 】4〇949_d〇c -4- 201004729 根據另一實例’描述—種利用加卫機且 件中的B]形特徵部之方法。該方 、械加工一組 上修改一與機械加工該等圓形特徵部關聯的加:=基礎 達到減少特徵部至特徵部的總移動時間及： 部至特徵部移動關聯的加速命令之幅度之至少_、:待徵 下文關於圖式描述此等及豆他 【實施方式】 “例之細節與變化。

二：描述係參考隨附圖式，其中，相同的參考數字係指 相同部分。 圖1中顯示的一加工定位考糸纪4 , 疋位益系統之一實例係一雷射處理 系統m，其利用-具有—晶圓夹盤總成14G之組合射束定 位系統’該晶圓夾盤總成140可用於一半導體工件η例如 -印刷電路板中的顯微結構及其他特徵部如盲孔及/通孔 之紫外線雷射燒#圖案化。顯示的雷射㈣⑴包括一雷 射114 ’該雷射1U以-預定波長及空間模式分佈提供一具 有一或多個雷射脈衝之雷射輸出116。 雷射輸出116可穿過多種熟知的擴展及/或準直光學裝置 118，沿著一光桉120傳播並藉由一射束定位系統i3〇導 引，以使（若干）雷射系統輸出脈衝j32撞擊在工件13上的雷 射目標位置134上》射束定位系統13〇包含一可使用至少兩 個橫向台136及138之平移台定位器，該至少兩個橫向台 136及138支撐例如X、γ及/或z定位鏡242及244。射束定 位系統130可允許在相同或不同工件丨3上之雷射目標位置 134之間的快速移動。 140949.doc 201004729 該等台i36及138可相對於該卫件⑽著—軌道移動該射 束定位系統no,用於形成該工件13中之㈣部。如圖^ 實例所示’該平移台定位器係—雙軸系統，其中通常沿著 軌道146由線性馬㈣動之一 γ軸台136支撐並移動工件 13 ’且通常沿著軌道！48由線性馬達移動之_χ轴台138支 撐並移動-快速定位器150’其根據許多已知方法接著支 撐一沿著繪示的Ζ軸可自由移動的聚焦透鏡。 仍參考圖1，一定位鏡（未顯示）係安裝在快速定位器15〇 的外殼内，以沿著繪示的乙軸將光徑12〇透過該聚焦透鏡導 引至該雷射目標位置134。亦可調整χ軸台138與γ軸台136 之間之該ζ軸尺寸。定位鏡242及244經由任何轉動使光徑 120對齊於雷射114與快速定位器15〇之間，該快速定位器 150沿著光徑120定位。例如，快速定位器15〇可使用高解 析度線性馬達或一對檢流計鏡，其等可基於被提供的測試 或設計資料影響唯一或重複的處理操作。回應面板化或非 面板化資料，台136及138及定位器150可被獨立地控制及 移動或協調地一起移動。因此，在一雷射處理系統11〇 中’如圖1所示之該實例，該總移動長度可以但不一定包 含該等台136與138兩者的移動長度。 快速定位器1 5 〇亦可包含一視覺系統，其與工件丨3表面 上的一個或多個基準對齊。射束定位系統丨3 〇可使用透過 一物鏡工作或與一獨立相機脫轴的視覺或射束對齊系統。 一可選擇的雷射功率控制器152,如一半波片偏光器， 可沿著光徑120定位。另外，一個或多個射束偵測裝置 H0949.doc •6· 201004729 154 ’如光電二極體’可在雷射功率控制器ία之下游，譬 如與定位鏡244對齊，該定位鏡244係經調適為部分透射雷 射輸出116之波長。射束偵測裝置154較佳地與射束診斷電 子器件通信，射束診斷電子器件傳輸信號以修改雷射功率 控制器152之效果。

工件13係由晶圓夾盤總成140支撐，其包含一真空爽盤 底座142、一夾盤頭144及一可選擇的片149。片149係容易 地與台136、138之至少一者連接及脫離。底座142另一選 擇係經調適以直接緊固在台丨36或138上。 該射束定位系統130相對於該工件13沿著一軌道之移動 可由一控制器18控制，該控制器18包含一處理器、記憶體 及存儲在該記憶體中的軟體。該軟體可包含一個或多個編 碼軌道的工具軌跡檔案，該控制器18可沿著該等軌道控制 該平移m统，以相對於該卫件13移動該射束定位系統 130。該-個或多個執道可以普通檔案的格式被存儲於該 記憶體中。 該加工定位器系統可以係例如來自俄勒岡州波特蘭市之 a] (Electro Scientific Industries, Inc ) 且以第5330、5530、5650及测號型號銷售的雷射微機械 加工糸統。同雖然該提到的加工定位系統包含作為加 :機具可沿著-相對於—組件（此處係指卫㈣）之軌道移 的射束定位系統130,但應瞭解亦可使用其他加工定位 系統。舉例來說，在一工 件保料止的錢中，該總移 動長度了寺於該射束定㈣統㈣之移動長度。 140949.doc 201004729 一用於最小化與加工移動，例如圖丨所 =該工件13之該射束定位系統130之移動關聯::::: 間之標準方法係最小化與從H徵部到下_^用時 部的加工移動關聯之總移動長度。當與每 :工特徵 加工關聯之加工動作僅需要s °卩的機械 助忭值需要在機械加工一特定特 時使4射束定位系統130及其他加工機具保持靜止、5 方法可行。在此情況下，所有特徵部至特徵部的移動= 單的點對點移動，其需要零初始及最終加卫速_糸簡 動長度係、—用於最優化之合適度量，因為該;2 = 總移動時間實質上成比例。 動長度與 此外，標準4實踐使-特定加工動作與用於給定歲用 之一特定特徵部類型關聯。在標準工 — 只戌卜’母—仏定 應用的所有相同類型特徵部（例如相同大小及形狀）係^ 使加工機具沿著相對於該工件13的相同精確軌道而機^加 工。對於機械加工所有相同類型特徵部而言， 精確的軌道加工接著將可產生相對於該工㈣之：同= 及離開加工速度向量的使用。 發明者發現’出乎意料地，當加工動作需要以—非零加 工速度沿著一相對於該工件13之特定軌道加工時，亦即，° 當存在非零「進入」與「離開」加工速度時，與該標準方 法相比，有可能藉由改善該加工速度向量與該特徵部至特 徵部軌道的對齊而減少花費在特徵部至特徵部的加工移動 期間的非處理時間。 更特別的是，一典型工件機械加工應用需要在工件^上 140949.doc 201004729 的不同位置上多次重複與-特徵部的形点M胸 作，例如声一工 > 竹傲。丨的形成關聯的加工動 在面板的所需位置鑽取且有一 此等特徵部可且有圓來…"有肖疋直役的孔。 環孔）。當此等圓Λ (如PCB中的盲孔與通孔或 “匕專圓形幾何形狀存在時，吾人 在§亥工件】3/預朋’ a符入；'“工機具將沿著-實質上的圓形軌道， 二 =理的該特徵部之幾何形狀。此道 成關聯的該加工動作需要二形：人重複與-特徵部的形 到明確定義的非零工# 在加工軌道的始末達 度)。的非零工作面速度(亦即相對於該工件13之速 更加慣常的是，在工件加工 徵部預定義—加 …用令，為所有相同類型特 徵部將需要兮力上。因此’慣常的是所有相同類型特 等特徵部的加特徵部位於該工件13上何處或該 然而，所有相同類型牲 機具處糟由沿相—軌道之加工 y ，未必為限制性，且可產生與在特徵部至特 徵部的移動期門特 能。並非i ㈣非處理時間㈣的次優的系統性 部對於在加工執道中的旌鐘有圓形幾何形狀之特徵 、轉/、方向改變係固定不變的。因 2每-特徵部基礎上修改與加工軌道關聯的進入及 之位2 / —特徵部之位置或其相對於其他特徵部 自由度可二7相同f型的特徵部而言亦如此。此新的 " f上使得與-特定特徵部的處理關聯之進 140949.doc 201004729 入及離開加工速度向量與將加工機具自今—， -特徵部之移動及將加 月】特徵部帶到那 部之爲叙自那—特徵部帶到π 造入力 換言之，與—特定特徵部的處理Μ—特徵 進入加工速度向量可實質上舆將闕聯的該 到那一特徵部的移動對齊。類似地，*、：：1徵部帶 理關聯的該離開#工速度向量可音：、〜特徵部的處 〜/又、』里aj貫質上 -特徵部帶到下一特徵部的移動對齊。…口工機具自那 由於當加工開始與完成每—特徵部之 具將因此在「正確」的方向上移動，此-配置加工機 至特徵部的移動期間實質上降低或消除耗時的：=: 速分段的需求’此—配置接著應減少在此移動期、 時間，且因此增加總系統效能。 ’化’ 此等教示之應用最初係在圖2至圖7中闡明。 圖2至圖5分別顯示對應於不同的預定義的進入角㈣、 90度、180度及270度)之四個不同的環鋸形加工軌道2〇、 22、24及26。該等執道2()、22、24及26^義若干特徵部 17，該等特徵部17係在加工完成之後形成且與一環鋸形軌 道關聯，其目前可用於來自俄勒岡州波特蘭之電子科技工 業有限公司（Electro Scientific Industries, lnc )且以第 5330、5530及5650號型號銷售的雷射微機械加工系統。繪 示的該等軌道20、22、24及26僅以實例顯示，且未限制本 文教示之應用。 應注意在圖2至圖5中所示之該等軌道20、22、24及26係 等效」軌道。亦即，其等皆來源於一單一「基本」軌 140949.doc -10- 201004729 道藉由旋轉或採用該基本軌道之鏡像而獲得。例如，在 圖2至圖5中所示的四個不同軌道中，圖2之〇度進入角的軌 道2〇可被視為该基本軌道。接著，剩下的圖3至圖$的三個 軌道22、24及26皆為該基本軌道2〇之等效軌道，因為該等 等效軌道22、24及26可藉由以預定角度（如分別在圖2至圖 4中顯示的9〇度、副度、謂度）或任意角度旋轉該基本軌 道2〇而獲得。該等軌道20、22、24及26形成一組預定義的 等效軌道。該加工可由該控制器18控制，以當相對於該工 件13移動該等軌道2〇、22、以及％中任一軌道時操作，以 形成相同特徵部。 圖6顯示一處理次序，其包含加工軌道22及特徵部至特 徵部運動軌道28a及28b，該等特徵部至特徵部運動執道 28a及28b與利用用於每一特徵部17之相同環鋸形加工軌道 22(進入角=9〇度）的特徵部17之兩列鑽孔關聯。特徵部至 特徵部運動軌道28a係該加工機具相對於該工件13在加工 軌道22之間如圖6所示在下列行進之軌道，且特徵部至特 徵部運動軌道28b係該加工機具相對於該工件13在加工軌 道22之間如圖6所示在上列行進之軌道。該等特徵部η係 經配置成為一陣列且以婉蜒的圖案行進，使得該下列以一 所示的第一、+X方向行進，且接著該上列以—第二、相反 的-X方向行進。 如圖6中可見，應注意保持用於兩列之該相同環錯形轨 道22，引起當處理該上列時該加工軌道22與該特徵部至特 徵部運動軌道28b的進入及離開速度之間未對齊。此未對 140949.doc •11· 201004729 齊引起在處理第二列（及隨後的任—偶數列）的特徵部17之 前與之後反轉該加工機具之方向所花費的時間。 圖6中所示的與處理關聯的問題可藉由參考圖7而清晰可 見，圖7顯示用於圓6之情景的該射束定位系統〗3〇之乂軸運 動之加速命令30。應注意在此圖中，當處理圖6中該第二 (上）列之該等特徵部17時，射束定位系統13〇加速中^在: 峰值32。必需此等峰值32以「反轉」用於每一特徵部以 該射束疋位系統130之該離開速度，以便影響隨後的特徵 部至特徵部移動28b。 圖8顯不一提出的用於機械加工特徵部的方法之實 例。類似圖6，圖8亦顯示加工執道22及特徵部至特徵部運 動軌道28a，特徵部至特徵部運動軌道W用於機械加工與 圖6中相同類型的特徵部17之該下列特徵部口。缺而，加 —軌道26與特徵部至特徵部運動軌道係用於機械加 SlI /Μ, Λ ^ . ❹ 工 工 上列特徵部17。亦即在圖8中’與第一列特徵部i7比較， 第二、上列特徵部17係與一不同加工軌道26關聯。在一多 於兩列之特徵部陣财，第—及隨後的任—奇㈣可被視 為一第一類別特徵部17。當機械加工該第-類別特徵部17 時，該射束定位系統130繼續沿著具有一9〇度進入角的該 力:工軌道22’該加工軌道22匹配該特徵部至 Γ;之:二向。然"第二與隨後任-偶數列： =二=該射束定位系統130可沿著具有-27。度 進入角的s亥加工軌道26，w电陆， 運動軌道28〜方：：二質上匹配該特徵部至特徵部 之X方向。圖8舆圖6之比較顯示當處理該上 參 140949.doc -12- 201004729 特徵部17時’不再需要反轉該射束定位系統130方向。 並且，作為一額外的實例，特徵部17可基於該等特徵部η 所屬的行而分類成若干類別。 圖9證實此結論。亦即，圖9顯示用於，之情μ㈣ 束定位系統130之义軸運動的位置及加速命令％。比較圖9 與圖顯而易見，在該等加速命令36中尖銳的加速峰值 32係藉由改變該等加工軌道26之進入角而消除。 此等改變之益處可在圖1()中所見，圖1G比較在該桿準方 法與提出的圖8之方法之間的該射束定位系統13〇之雷射活 動’該標準方法使用如圖6及圖7所示之心所有特徵部Η 的固疋加工軌道22，圖8之方法對於不同類別的特徵部 17(例如不同列的特徵部丨7)使用不同的加工軌道22與26， 在所示實例中’藉由將該基本執道自加工軌道。旋轉至加 工^道26 1轉該基本軌道用於機械加卫不同特徵和可 2上使進人/離開加卫速度與該總體的特徵部至特徵部 運動軌道對齊’例如圖8中所示的軌道叫及28。 :采用該標準方法之該射束定位系統13〇之雷射活動係由 圖6所不之分別用於機械加工下列及上列特 與38b表明，同時，搡用兮裎ψ从一 《踝 W ^用該^出的方法之雷射活動係由圖8 4〇::刀别用於機械加工下列及上列特徵部1 7之線伽與 杨表明。對比圖1()中的圖表之線38续他，可一 =任：法處理一第一列特徵部Π時，該雷射活動二 :的在由線41表明的時間處理第一列特徵部”之 後，…讀鳥與竭以，利用任-方法處理第二列 140949.doc •13- 201004729 特徵部π時該等雷射活動係不同步的。但是 準方法處理嗲篦-石丨必 田使用該標 較，在特徵^ 17時，與使㈣提出的方法比 外時間移動需要額外時間。在圖10中，該額 卜時間猎由一時間節約符號42表 間節約符號42時， 田取大化该時 至特徵部運動Γ首進入及離開速度可與該特徵部 ' 。卩運動軌道28a與28c最佳對齊。 3二=::二見’該提出的方法除消除急速加速峰值 少。4 貫質上的總特徵部至特徵部移動時間之減 ^中^提出的方法的另一實例’其係參考圖6與圖8 :之該相同模式之特徵部17。然而，類似_之本發 二法’圖U之方法可用於-不同模式之特徵部17。類似 於圖6與圖8,圖u顯示加工—第 22 » ^ J刀，其包含軌道 、徵。p至特徵部運動軌道…’用於機械加工該下列 •徵部17。，然@，包含加工軌道22，及特徵部至 軌道28et__坌-舳，音加\ 竹仪。丨運動 帛—軌道^刀可用於機械加工該上列特徵部 。加工執道22,係加工軌道22之反轉軌道，同時，特徵部 至特徵部運動軌道28e係特徵部至特徵部運動軌道叫之反 轉。亦即，當機械加工_中所示之該等上列特徵部㈣ 的該加工機具或末端效應器之軌道與當機械加工該等下列 特徵1 7時的該末端效應器之軌道形狀相同但方向相反。 在此障;兄下，軌道22可被視為一基本軌道，因為其他軌道 例如軌道22,具有-相同形狀。圖llt該提出的方法可達到 特徵部至特徵部移動時間之實質上減少’且與圖6中繪示 140949.doc 201004729 的該標準方法比較’可消除急速加速峰值。 在此文件中揭露之該理念已被成功測試及實測在由電子 科技工業公司識別為第5800號型號之雙頭雷射微加工系統 中產生特徵部至特徵部移動時間上的實質改良。例如，對 於一 114列乘33行（總計3762個孔）之模式，使用一單一 9〇度 進入角的標準方法的移動時間（亦即，非處理時間）係大約 12.25秒。當該加工軌道係經修改（比如自一用於處理一特 徵邛17之第軌道改變成為用於處理一相同特徵部η之另 一軌道），例如藉由對於從左到右列（亦即，自上開始之奇 數列）使用-90度進入角，及對於從右到左列（亦即，㈣ 列)使用- 270度進入角，移動時間減少至僅68ι秒。對於 每-情況’該雷射射束加工軌道包括一在孔中心之2毫秒 停滞（亦即打孔時間）及—15〇mm/秒螺旋操作。 該等提出的方法減少與在末端效應器軌道中的快速方向 反轉關聯之該等加速峰值’並產生總的特徵部至特徵部移 動夺間之實質減少，上述兩者將改良總體的系統性能。 望ί了容許本發明之容易理解’已描述上述實施例，見該 專貫施例不限制本發明。與此相反，本發明企圖涵蓋包含 於附屬求項之範圍㈣各種修改 依據最寬泛的解釋，以便在法律件…文配置，该乾圍應 及等效結構。 在…可下包括所有此等修改 【圖式簡單說明】 係-加工定位器系統之—實例之示意簡圖； 圖2係一對應於一 〇度進入角 第一加工軌道之電腦模 140949.doc 15- 201004729 擬圖； 圖3係一對應於一 90度進入角之一第二加工轨道之電腦 模擬圖； 圖4係一對應於一 180度進入角之一第三加工軌道之命 模擬圖； 圖5係一對應於一 270度進入角之一第四加工軌道之電腦 模擬圖； 圖ό係一繪示使用一 90度進入角之該相同加工軌道隨時 間鑽兩列孔之圖表； 圖7係一繪示一用於圖6之鑽孔之加工定位器的X軸運動 之加速命令之圖表； 圖8係一繪示分別使用90度及270度進入角之交替加工執 道隨時間鑽兩列孔之圖表； 圖9係一緣示一用於圖8之鑽孔之加工定位器的父轴運動 之加速命令之圖表； 圖10係一比較一標準加工軌道方法與本發明教示之圖 表； 圖11係一繪示均使用90度進入角之反轉環鋸形加工軌道 隨時間鑽兩列孔之圖表。 【主要元件符號說明】 13 工件 17 特徵部 18 控制器 20 加工軌道 140949.doc 16· 201004729

22 加工執道 22' 加工軌道 24 加工軌道 26 加工軌道 28a 運動執道 28b 運動軌道 28c 運動軌道 28e 運動軌道 30 加速命令 32 峰值 36 加速命令 40a 線 40b 線 41 線 42 時間節約符號 110 雷射處理系統 114 雷射 116 雷射輸出 118 光學器件 120 光徑 130 射束定位系統 132 輸出脈衝 134 目標位置 136 橫向台 140949.doc -17- 201004729 138 橫向台 140 晶圓炎盤總成 142 真空夾盤底座 144 夾盤頭 146 軌道 148 軌道 149 片 150 快速定位器 152 雷射功率控制器 154 偵測裝置 242 定位鏡 244 定位鏡 140949.doc -18-

Claims (1)

1. 201004729 七、申請專利範圍： ι_ 一種用於控制一轨请+ _ 裝置，—加工疋位器系統沿著該 、ί於一組件移動加工機具以機械加工在一 的相同類型的多個特徵部，該裝置包括： ' 第一加工執道，當該加工機具開始機械加工一 特徵。Ρ時’該第一加工軌道具有一進入速度，且 工機具完成該第一特徵部的機械 道具有-離開速度；& 本加工軌 一第二加工軌道，當該加工機具開始機械加工— 特徵部時，該第二加工軌道具有—進人速度，且當= 工機具完成該第二特徵部的機械加工時，該 道具有一離開速度， 工軌 加軌道的進入速度及離開速度與該第-加工軌道的相應進入速度及離開速度不同。 =:广項:之裝置’其中該第二加工軌道係經旋轉的該 加工執道與經反轉的該第—加工軌道之至少— 3·如請求们之裝置’其中該等特徵 的 :徵部與-第二類別的特徵部，且其中該裝置進;的包 其在該第一類別中的兩 •，及 其在該第二類別中的兩 方向之第二方向延伸。 加工軌道之進入及離開 4. —第一特徵部至特徵部軌道， 個特徵部之間依一第一方向延伸 ~第二特徵部至特徵部軌道， 個特徵部之間依一不同於該第一 如請求項3之裝置，其中該第一 140949.doc 201004729 速度大體上係與該第—方向對齊，且 道:進入及離開速度大體上係與該第4向^:軌 之裝置，其中該等第一類別特徵部及該等第 一類別特徵部係經配置成交替的列與交替的行之―:第 且其中該第二方向係與該第一方向相反。 6·如請求項3之裝置，其中嗲笛上 u隹 弟—加工軌道係用於機械;^ 工:第-類別中的特徵部，且該第二加工軌道係 ::加 工該第二類別中的特徵部。 ’、；加 7. —種利用加工機具機 法，包括： ，，且件中的圓形特徵部之方 在每一特徵部基礎上修改一盥誃 加工關聯的加卫軌道，以^f4圓㈣徵部之機械 移動時間及減少與個別特徵 的… 命令的幅度之至少一者。 移動關聯之加速 8.如請求項9之方盆 包括： 就每一特徵部從一組先 應加工軌道。 預先疋義的等效軌道中選擇一相 9.如請求項8之方法直 ^ 執道中選擇該相應加工軌道包括·:徵部從該組預定義的 別徵部之…離開速度**分 該相應特徵部的特徵部至特徵部移動特徵部帶到 中將該加工機具自該相應特徵部帶到下_ °亥處理次序 部至特徵部移動最佳對齊的方式 部的特徵 史擇用於該相應特徵 140949.doc 201004729 部之相應加工軌道。 1 〇.如叫求項7之方法’其中修改該加工軌道包括： 以一任意的角度旋轉一基本加工軌道。 11. 如4求項10之方法，其中以一任意角度旋轉該基本加工 軌道包括： 以—使得用於一相應特徵部之進入和離開速度向量分 别/、在一處理次序中將該加工機具自前一特徵部帶到 ⑩ 該特定特徵部的特徵部至特徵部移動及一在該處理次序 中將该加工機具自該相應特徵部帶到下一特徵部的特徵 部至特徵部移動最佳對齊的方式來旋轉用於該相應特徵 部之基本加工軌道。 12. 如請求項1〇之方法，其中以一任意角度旋轉該基本加工 軌道包括： =90度、18〇度及27〇度之—者旋轉該基本加工軌道。 13. 如咕求項12之方法，其中該基本加工軌道係' —環錯形加 工軌道。 14. 如請求項7之方法，其中修改該加工軌道包括： 反轉與一基本加工軌道關聯之一運動方向。 140949.doc