TWI717380B - 定位設備 - Google Patents

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Abstract

一種工件定位設備(1)包括用於定位一工件之一定位裝置(10)、以及用於去耦貯放該定位裝置(10)之一去耦裝置(20)，其中該去耦裝置包括一載具元件(21)及一基座元件(22)，該定位裝置(10)被配置於該載具元件(21)上，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上。為使該定位裝置(10)施加在該基座元件(22)上之動態反作用力去耦，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，以依一滑動方式至少在一定範圍中自由地移動，較佳為大體上無反作用力地移動。

Description

定位設備
本發明關於一種工件定位設備，其包括用於定位一工件之一定位裝置、及用於去耦貯放該定位裝置之一去耦裝置，其中該去耦裝置包括一載具元件及一基座元件，該定位裝置被配置於該載具元件上，該載具元件被支持於該基座元件上。
在許多技術領域中係借助於切削裝置或檢驗機器(或更廣泛地：一處理系統)，來切削待切削工件、或檢驗已切削工件，其中一工具頭或檢驗頭相對於待切削或檢驗工件移動。為切削或檢驗(或更廣泛地：處理)，該工具頭/檢驗頭在此藉對應之致動器而移動、或該工件在一可動式配置工件托座中藉致動器而移動。基本上亦可設想，該工具頭/檢驗頭與該工件二者皆移動。可移動性在此係關於一機器基座本體、或機器裝設所在之工場、工廠或相似者。
在尤其小結構必須加工(製作及/或檢驗)之情形下，通常利用各別工件相對於一靜止基座移動之基本原理。這亦特別地根據與各別呈現質量有關之考慮：通常，各別工件包括一相對較小質量(即使當亦包含工具托 座裝置及相似物之質量時亦然)；對比地，各別之工具頭/檢驗頭包括一大質量，特別地為相對於工件者。在此必須考慮到，尤其小之結構典型地需使用可提供足夠精確度之昂貴工具頭/檢驗頭；通常，這將伴隨相對較大之總尺寸及/或質量。用於工具頭/檢驗頭之一範例涉及處理半導體結構(半導體微結構)、如微處理器，但亦包含處理機械微結構。
在此，微結構領域之另一問題在於，除非有適當反制，否則先前相對較小之振動將根據其振幅，而壓抑結構之大小量級。由於此類振動可致使工件不穩定、或可導致不穩定之量測結果，因此當然應加以避免。如此之振動可從外部、譬如路過的操作人員所造成之震動、或附近機器所造成之振動，引入系統中。在此，為充分降低振動，典型地使用譬如阻尼元件等去耦裝置，實際處理系統係被支持於此等去耦裝置上。此等去耦裝置在周圍空間與處理機器之間達成至少某些特定限制之機械去耦。
另一問題係與藉處理系統本身造成之擾動、特別地振動有關。這係因在此移動之質量，亦導致質量之加速程序或重定位程序，如此將無可避免地導致機械振動。除此以外，動態反作用力可從該定位裝置經由該載具元件傳遞至該基座元件及其基板(該基座元件被支持所在之機架)，其中該基座元件及基板再根據作用與反作用原理，相反地施加反作用力於該載具元件及定位裝置上。通常，這將不利地削弱定位之穩定性及精確度。 倘主動穩定裝置設於該基座元件與載具元件之間，則有時甚至可更增強此效應。在加速度或行進速度增加之提升等級下，將遇到上述問題。目前，這經常構成工件處理速度提升之限制因子。如此將因較低處理速率導致製造各別微結構之成本提高，而引起一問題。當基於技術進步、譬如具有減小結構尺寸之新晶片世代，而需處理較小結構時，則尤其有問題。
先前技藝已提出各種去耦裝置來減小振動。去耦裝置的一範例係日本特開H2-201913A號公報，其提出就振動而言與環境去耦之一照明裝置。一光學系統可藉由一移動手段，而相對於待切削工件緊固所至之一工作台進行移動。保氣手段設於該工作台、與支持該工作台(連同光學系統)之一底座之間。該保氣手段位於一水平平面中，該水平平面係將該底座與該工作台分離。如此將導致垂直方向上之去耦。又設置環繞該工作台之一機架，其中該機架係與該底座固定地接合。保氣手段亦設於側向機架壁與側向工作台壁之間。這將改善與平行於水平平面運行之移動之間的機械去耦。可總體實現三維中之一特別有效阻尼及振動去耦。然而，如果有在該工作台與光學系統相對移動期間，藉高行進速率或高加速度產生之擾動的問題，無論如何也無法妥善處理。
因此，本發明之目的係提出一種工件定位設備，其具有用於定位一工件之一定位裝置、及用於去耦貯放該定位裝置之一去耦裝置，其中該去耦裝置包括一 載具元件及一基座元件，該定位裝置被配置於該載具元件上且該載具元件被支持於該基座元件上，及該工件定位設備已相對於先前技藝中周知類型之工件定位設備加以改良。
本發明可達成此目的。提出一種工件定位設備，其包括用於定位一工件之一定位裝置連同用於去耦貯放該定位裝置之一去耦裝置，及其中該去耦裝置包括一載具元件及一基座元件，該定位裝置被配置於該載具元件上且該載具元件被支持於該基座元件上，該工件定位設備被構造成，為使該定位裝置施加在該基座元件上之動態反作用力去耦，該載具元件被支持成可依一滑動方式至少在一定範圍中自由地移動，較佳地大體上無反作用力地移動。該定位裝置典型地包含一裝置，該裝置基本上包括二部件。在此可能為，一待加工(切削及/或檢驗)工件可相對於一處理系統(切削系統、切削頭、檢驗系統、檢驗頭、感測器頭等)移動。該工件在此典型地緊固至某一類型接收台，且該接收台可藉由致動器而相對於該定位裝置之本體、除此之外亦可包括該處理系統進行移動。僅作為範例地，在此可包含由先前技藝基本上得知之一定位台。此類定位台通常包括一靜止部件(其通常與處理單元機械連結、特別地依大體上一機械剛性方式連結)，以及一可動部件，其中該二單元互相相對之移動係藉由致動器而進行。基於具有在此所提出之去耦裝置的結構設計，該定位裝置之可動部件的一移動將基於基本物理定律來觸發與其對應之該定位裝置之靜止部 件的一反向移動。結果，該定位裝置之靜止部件在作動狀態下，對外部觀察者而言，處於非「實際靜止」。然而，倘該去耦裝置關閉，則該定位裝置之靜止部件將靜止，譬如使得該載具元件(及因此該定位裝置之靜止部件)可不再相對於該基座元件自由地移動(例如，倘存有任何此泵及相似物時，停用一用於任何流體膜貯放裝置之泵、及相似物)。即使該載具元件與定位裝置(特別地該定位裝置之靜止部件)係起初互相獨立、且後續通常互相以機械固定式連結之組件，然亦可能就本發明之意義而言，討論中之定位裝置部件與該載具元件在「起初」呈現為預組立單一總成、特別地為一單體總成、倘必要時甚至為整合一體總成。在此，可能參考一組合式載具元件-定位裝置部件總成(其中特別地被理解為定位裝置之靜止部件的一部份、或定位裝置之靜止部件)。當然，亦可設想其他組成。
該基座元件可(多多少少)與該工件定位設備裝設所在之房室的地板、牆壁、或相似物固定地接合。特別是，在此可能在該基座元件與地板/牆壁及相似物之間提供呈基本上在先前技藝中已知類型之去耦元件或阻尼元件。在此提供者特別地為，能夠在一垂直方向(z軸)上達成一阻尼/去耦的元件。本案中，請注意，在此提出之去耦裝置典型地係主要地或(大體上)專門地達成、或得到在一水平方向(x-y平面)上之一去耦。基本上由先前技藝得知且在z方向上作用之去耦/阻尼裝置的範例包含充氣墊、鋼彈簧、橡膠元件、及相似物。不同地，除此 中提出之去耦裝置外，尚有在z方向上阻尼/去耦之任何額外阻尼/去耦手段亦影響x-y方向上之阻尼/去耦，則亦無任何傷害。
特別是，「動態反作用力」應被理解為，根據牛頓作用與反作用原理產生之力。換言之，倘定位裝置之可動部件相對於定位裝置之靜止部件移動，則將發生定位裝置之靜止部件的一(考慮各別質量比)相似、但相反作用之移動(或移動之傾向)。基於在此提出之去耦裝置，此類定位裝置之靜止部件至少在某些特定範圍中，將所描述之「反向移動傾向」大體上「完全轉換成反向移動」。請注意，基於已知的典型用於定位裝置之可動與靜止部件之間的質量比，在一工件定位設備作動期間，該載具元件經常保持在驚人的小範圍中。於是，該基座元件並非必須包括一已相對於載具元件表面積擴展達特別大程度的表面。在此，本發明之本質為，由於可自由移動性之動態反作用力，與該基座元件及該基座元件基板(譬如，該基座元件被支持所在之框架、及/或地板)完全去耦，使得該基座元件及基板進而無法施加任何反作用力於該載具元件及該定位裝置上。總體來看，如此可達成具有高速動態移動序列之一高度穩定、且高度精確定位。
特別是，必須理解到，該載具元件相對於該基座元件移動之能力涵蓋平移移動及/或旋轉移動，該等移動尤其發生於(大體上)一水平平面(即，典型地平行於「置於上方」之基座元件表面、或「置於下方」之載具 元件表面)中。提出之設備某種程度上顯著地相對於已知工件定位設備，較容易地提升工件之處理速率(切削及/或檢驗)。即使如此，典型地不致發生「致動器誘導振動」增大。結果，可某種程度上顯著提升待切削工件之產量。
工件定位設備之一較優具體實施例發生於，該載具元件藉由一流體膜、特別是藉由一液膜、一潤滑劑膜、一油膜、一氣膜、及/或一空氣膜而特別地依一自由浮動式支持在該基座元件上時。在此類具體實施例中，該載具元件與基座元件之間的位移通常特別平滑，使得反作用力顯著地最小化(其中反作用力、特別地起因於摩擦或流體動力制動力者，從未可完全避免)。鑑於微小摩擦，亦可確保工件定位設備之長服務壽命。不同地，此類流體膜基本上在先前技藝中已知，使得流體膜可與在本案提出、利用市場上可購得的總成之工件定位設備一同製備，而可能降低工件定位設備之成本。
又提出一種工件定位設備，其被構造成在該載具元件與基座元件之間、較佳地在該載具元件面對該基座元件之側端上及/或該基座元件面對該載具元件之側端上，配置一個以上的流體膜貯放裝置、特別是氣墊貯放裝置。特別是，此情形可包含市場上可購得的流體膜貯放裝置。如此將可能再次促進該工件定位設備之一尤其簡單及/或符合成本效益結構設計。由於可較輕易地更換討論中之流體膜貯放裝置，因此亦可能實現維護成本。
倘該定位裝置包括一靜止部件、及可相對於該靜止部件移動之至少一可動部件，則將獲致該工件定位設備之另一較佳具體實施例，其中該定位裝置之該至少一可動部件的質量對該載具元件與該定位裝置之靜止部件的總體質量之比例，較佳地為小於1/5，特別地小於1/10、較佳地小於1/20、尤佳地小於1/25。在此，特別地應在零與各別引用數值之間存有間隔。此類結構設計或此類數值經常藉市場上可購得的定位台(可能在通常少許修飾之後)達成。這又有助於該設備之符合成本效益結構設計。除此以外，當使用上述之質量比時，因動態反作用力而藉物理定律所導致該定位裝置之載具元件及/或靜止部件的「反向移動」相對較低。結果，可能特別地減小該載具元件相對於該基座元件之加速度/行進速度，如此可導致較低流體動態反作用力或較低摩擦力。該載具元件之位移路徑亦相對較小，使得該基座元件供該載具元件取得而依一可自由移動方式配置其上之表面積不致過度增加。如此將能夠節省調整空間，但亦可能降低特別地基座元件成本。
特別是，提出一種工件定位設備，將該定位裝置構造成，沿至少一線性軸(特別地一x軸)、特別地沿至少二線性軸(特別地置於一x-y平面中)、較佳地沿至少三線性軸(特別地一x-y-z空間坐標系)、尤佳地沿至少三線性軸(特別地一x-y-z空間坐標系)且環繞至少一旋轉軸(特別地一θ軸)定位工件。在此可能使x、y、及/或z軸(部份地)形成一正交系；然而，亦可設想使用一(部 份地)非正交系。一方面，提出之具體實施例可能大體上實現工件之所有相關處理序列。另一方面，定位某一或數種前述類型工件定位系統將容許討論中之定位裝置依一尤其有利且有效方式與該去耦裝置交互作用，使該工件定位設備可依一特殊方式發揮其固有特性及特徵。
又提出工件定位設備，構造成使該載具元件被支持於該基座元件上，以特別地在至少一水平方向(特別地x方向)、特別地在較佳地互相正交之至少二水平方向(特別地x-y平面)、較佳地在所有水平方向上，自由地移動，較佳地大體上無反作用力地移動，跨越至少3公分、特別地至少5公分、較佳地至少10公分之一範圍。即使最好使用互相正交之二水平方向，然亦可設想與此偏離之坐標系、特別地為非正交者。已證實述及之尺寸調整資訊尤其有利，特別地當使用上述之質量比、及/或以上提出之定位裝置結構設計時尤然。特別是，述及之尺寸調整資訊表示，在簡單且符合成本效益結構設計(特別地為該基座元件最小的可能表面，這相對應地節省成本及裝設空間)與最低之該載具元件「衝擊」可能機率(即，從幾何觀點，無法廣泛地充分實現該載具元件與基座元件相對可位移性，以致必須施加反作用力，來譬如防止該載具元件滑落該基座元件的機率，其中該載具元件滑落該基座元件可導致嚴重損害、甚至達特別地該定位裝置破壞之程度。)之間，達成一典型尤其有益之折衷。
當該載具元件可在至少一最小範圍中相對於該基座元件移動、特別是自由地移動(即，特別地可位移 及/或旋轉)時，將發生一尤其優良之工件定位設備具體實施例，該最小範圍係從該定位裝置之至少一可動部件的一最大行進路徑推知、及從該定位裝置之至少一可動部件的質量對該載具元件與該定位裝置之靜止部件總質量的比例推知。此提議所需之計算係依據基本物理考量、及移動方程式之公式為基礎。此等計算可由任務為建構工件定位設備之專家輕易地實施。以上提出之具體實施例亦可能實現，特別地對該基座元件表面之最小的可能尺寸調整、與最低之反作用力(譬如，用於防止該載具元件滑落該基座元件)發生可能機率之間的前述有益折衷。特別是，這亦可能用於相當「非典型」之定位裝置(即，特別地為其結構設計與典型、市場上可購得的定位裝置者有差異的定位裝置)。
又提出一種工件定位設備，其設置至少一限制裝置，用於限制該基座元件與載具元件之間的可自由移動性。例如，在此可包含一簡單「側邊柵欄」(即，某一類型機架構件)。然而，亦可設想機械式作用部件(譬如，彈簧)、或甚至限制可自由移動性之可能主動控制組件(譬如，倘有激發一定範圍之移動或相似者，則引動一氣動致動器)。可使用此類限制裝置，以輕易且有效地防止譬如可特別地對該定位裝置導致嚴重、可能甚至無法修補損害之該載具元件滑落該基座元件。在此應就該限制裝置相對於工件定位設備之尺寸，來構造且裝設、及/或特別地調整該限制裝置，使工件定位設備特別地對典型操作循環儘可能地減少施加「必須干預」。
在一有利之進一步發展中，提出該工件定位設備之至少一限制裝置，其構造成一較佳和緩嚙合限制裝置，及/或該限制裝置包括一較佳和緩嚙合止動裝置、特別是一彈簧裝置、一氣墊裝置、及/或一流體阻尼裝置，及/或包括至少一較佳水平作用、尤佳為輕柔嚙合彈簧，被配置於該載具元件與該基座元件之間。該限制裝置或彈簧在此被構造成「和緩地嚙合」(譬如，具有小彈簧常數)，使該載具元件至少在該基座元件之一定範圍中，仍被可動地支持而大體上無反作用力。特別是，這可能顯著地避免特別地可作用於該定位裝置上之猛烈陡震。結果，特別地該定位裝置之服務壽命可再次增加。這亦可能顯著地避免「朝外部」之衝擊(其特別地可經由該基座元件傳遞至底板或牆壁)，該衝擊將在該處產生不利影響。在實際上需要該限制裝置「此刻」嚙合之臨界情況下，一和緩嚙合限制裝置可能允許嚙合，甚至不致在處理工件之同時導致誤差。當然，由於可藉此避免退件或重複處理步驟，而尤其有利。
又提出工件定位設備，該載具元件及/或基座元件被形成或構成為一塊狀體(massive body)，特別是一金屬本體、鐵本體、鑄鐵本體、礦物鑄件本體、鋼本體、石塊、大理石塊、玄武岩塊、及/或花崗岩塊。初始試驗已證明，此類結構設計或此類材料尤其有利。除此以外，述及之材料或述及之結構設計可易於在市場上購得，而屬有利者(特別地由成本觀點亦然)。
又提出，該工件定位設備之基座元件包括一較佳水平對正貯放表面，該表面係面對該載具元件。此類結構設計可能依一尤其輕易且有效方式，將提出之動態反作用力去耦加以實現。除此以外，提出之結構設計與典型之市場上可購得的基座元件結構設計相當，可帶來其對應之優點。
當工件定位設備包括至少一零位置手段時，將獲致該工件定位設備之另一較佳進一步發展，該至少一零位置手段被構造且裝設成，特別地在該定位裝置之閒置狀態下，將該載具元件帶至相對於該基座元件之一既定零位置及/或一既定零位置範圍中。該零位置手段可包含主動與被動零位置手段二者。特別是，當提供一零位置手段主動設計，則可能當未進行任何處理步驟時，精確地使該零位置手段「啟動」(即，出力)。如此可能確保該工件定位設備緊固於零位置，而不致對待加工工件造成負面影響。零位置程序因此亦可(相對較)快速地進行。額外地或另一選擇，使用被動零手段裝置亦合理。特別是，被動零位置手段就其結構設計而言可尤其簡單。被動零位置手段之零位置力在此典型地可「恆(always)」產生(特別地，提供一與零位置或零位置範圍之偏差)，意謂甚至當正在加工一工件時亦然。然而，選定之零位置力典型地相對較小，使得零位置力與其他方式產生之力比較時，典型地微小、特別地(大體上)可忽略。大多數地，在此必要者僅在於，選定零位置力，使其不致(在正常操作條件下)對處理工件有任何(顯著)不 利影響。零位置在此可關於一個以上的平移方向、及/或一個以上的旋轉方向。特別是，一零位置手段傾向容許該載具元件恆執行相對於該基座元件之「最大可取得」補償移動，使特別地一限制裝置之反應僅需極少發生(如果有)。
在此尤其有利地將該至少一零位置手段構造成一彈簧裝置、一斜置表面裝置、及/或一可主動式引動致動器裝置。例如，該彈簧裝置可包含(一陣列)彈簧(金屬彈簧及/或螺旋彈簧或相似物)，其包括一相對較低回復力(譬如，一低彈簧常數)。一斜置表面裝置典型地被構造成，使其包括一穩定零點位置。例如，這可藉提供該基座元件一略微凹面設計而實現。由於零位置力典型地僅微小，因此一典型微小曲率通常足以防止任何伴隨之不利影響(譬如，該載具元件可能置於該基座元件上、或相似者)。
除此以外，提出一種工件定位設備，設置至少一工件處理裝置、特別是一工件切削裝置及/或至少一工件檢驗裝置，其中該工件處理裝置、工件切削裝置或工件檢驗裝置較佳地配置於該載具元件上、且特別佳地與其固定地機械連結。特別地在本案之架構內，一工件處理裝置被理解為一同類術語，涵蓋一工件切削裝置及/或一工件檢驗裝置。因此，處理被理解為涵蓋切削及/或檢驗之一同類術語。此中提出之工件定位設備的結構設計可用於防止特別地「致動器誘導本徵振動 (actuator-induced eigenvibrations)」。通常又獲得者係包含該定位裝置可動部件、與包含該載具元件之該定位裝置之靜止部件的一質量分布，這對該工件定位設備尤其有利。除此以外，提出之結構設計對市場上可購得的定位台而言係屬典型者，使得此等市場上可購得的定位台亦可用於該提出之工件定位設備(可能地在經常相對較少許之修飾後)。
將該工件定位設備構造且裝設成，用於處理、切削、照明、及/或檢驗作為一工件之半導體結構、微結構、奈米結構、及/或晶圓的一工件定位設備尤其有利。在這種情況下，可將該工件定位設備固有之特性與優點發揮到一特殊程度。
1‧‧‧處理台
2‧‧‧處理台
9‧‧‧定位台
10‧‧‧定位台
11‧‧‧靜止板
12‧‧‧第一可動托架
13‧‧‧第二可動托架
14‧‧‧支持臂
15‧‧‧轉台基座
16‧‧‧轉板
17‧‧‧轉台
18‧‧‧工件托座
19‧‧‧雙楔型系統
20‧‧‧去耦裝置
21‧‧‧底座
22‧‧‧基台
23‧‧‧底側
24‧‧‧頂側
25‧‧‧止動框
26‧‧‧橡膠墊
30‧‧‧氣墊軸承
31‧‧‧上方楔型
32‧‧‧下方楔型
40‧‧‧處理頭
41‧‧‧坐標軸
以下將根據隨附圖式，解說本發明之細部設計、且特別是為提出之裝置及提出之方法的示範具體實施例。圖式顯示：第1a圖係具有滑動處理台之一工件定位設備的一第一示範具體實施例概略爆炸視圖；第1b圖係依據第1a圖之工件定位設備側視圖；第1c圖係依據第1a圖之工件定位設備俯視圖；第2a圖係具有滑動處理台之一工件定位設備的一第二示範具體實施例概略爆炸視圖；第2b圖係依據第2a圖之工件定位設備側視圖；第2c圖係依據第2a圖之工件定位設備俯視圖；
第1a圖至第1c圖所顯示者係用於譬如半導體微結構或其他工件之一處理台1的一第一可能示範具體實施例概略爆炸視圖。
實際處理係以一定位台10達成，該定位台就其基本結構設計而言，大體上與先前技藝中常見且亦在工業上廣泛使用類型之定位台相當。定位台10包括一底座21，其通常具有一相對較大之質量。底座21用於緊固定位台10之一「實際」靜止板11，該靜止板譬如包括用於一可動托架之導軌或行進軌。底座21亦具有以機械固定式緊固至其上的一支持臂14，該支持臂上又以機械固定式緊固一處理頭40。結果，底座21、支持臂14、處理頭40、與定位台10之靜止板11互相機械耦合，以形成一總成，該總成中無任何部件互相相對移動。當然，這並不排除特別地使處理頭40或底座21與實施某些特定相對於「靜止底座系統」11,21,40之移動的部件合併。
底座21可用於收容額外元件，特別地用於收容致動器及控制電子裝置(單板電腦、控制器及相似物、感測器等)。處理頭40亦可與各式(次)總成、特別地譬如用於處理一工件(即，切削、檢驗、量測、建構、照明等)之總成合併。
配置於靜止板11上者係二個可動托架12、13(第一可動托架12及第二可動托架13)，其可藉由對應之致動器(譬如，線性馬達)而在一各別方向上移動。第一可動托架12在此可相對於靜止板11而沿一筆直平移 方向(x方向)線性移動。為此，第一可動托架12係可位移地配置於靜止板11上。第二可動托架13(y方向)被配置於第一可動托架12上，而可線性位移(平移移動)。第二可動托架13因此僅與靜止板11傾斜地/間接地接合。藉重疊二線性(平移)移動(其中x與y軸在此係互相正交；亦請參見坐標軸41，該等坐標軸被標明於第1a圖至第1c圖上，以圖示出環境情況)，待處理工件可在一平置x-y平面上(初始)移動。
一轉台17接著配置於第二可動托架13，作為定位台10之一額外組件，其中一轉台基座15係以機械固定式緊固至第二可動托架13。轉台17之轉板16可藉由一致動器(未顯示)而相對於轉台基座15轉動(在θ方向上之旋轉移動/參見坐標系41)。
結果，配置於轉板16上、或一工件托座18中之一工件除在x-y平面上位移外，亦可能在一方向θ上轉動(特別地相對於各別處理頭40)。此種可調整性對許多應用已足夠(特別地在半導體建構上)。倘必要時，可藉由對應地調整被配置於處理頭40中之處理總成，而發生任何可能需要之「深度變異」(無論任何類型)。因此，在第1a圖至第1c圖所示之處理台1示範具體實施例中，實際工件接收區18(轉板16上)無法在z方向上作調整。
定位台10之底座21被配置於一基台(基座元件)22上，以可依一自由滑動方式位移。例如，基台22係由一拋光花崗岩板組成(其中亦可設想其他材料)。接 著譬如經由調整腳座及其他阻尼元件(例如，充氣墊及相似物)，將基台22裝設於一房室中。該房室可包含一工場、一實驗室、一無塵室、或一工廠之製造設施。
為容許定位台10及底座21相對於基台22依一自由滑動式位移，數個氣墊軸承30(在此情況下為四個氣墊軸承30)設於該底座之底側23(置於下方之表面)與基台22之頂側24(置於上方之表面)之間。為確保氣墊軸承30保持於一「適當位置」(即，不致向旁邊偏離出底座21與基台22之間的間隙)，該「適當位置」可譬如緊固至基台22或底座21。由於底座21所佔據之表面典型地較面對底座21底側23之基台22頂側24小，因此配置於底座21上者係屬較佳。
藉氣墊軸承30提供之自由滑動可移動性(可位移性及/或可旋轉性)將防止定位台10之振動可經由基台22進入環境，其中此等振動可能在其他機器中造成問題、或可耦合回系統。當然，相反地亦可防止經由基台22將外部振動引入定位台10中。例如，此類振動可藉相鄰裝設之機器、路過之員工、行駛經過附近之車輛、暴風雨、或相似物所生成。除此以外，藉氣墊軸承30提供之自由滑動可移動性(可位移性及/或可旋轉性)將防止定位台10之振動被導入基台22中，及亦經由迴授回到定位台10中。
請注意，在定位台10作動期間，工具托座18(位於轉台17之轉板16上)之移動(位移及/或旋轉)將使質量移動。當轉台17環繞θ軸旋轉時，移動之一質量 相當於包含待加工工件及轉板16(包含工件托座18)之質量總和。倘此第二托架13在y方向上移動，則移動之一質量相當於包含工件、轉台17(包含工件托座18)、及第二可動托架13之質量總和。倘第一可動托架12移動，則移動之一質量相當於包含工件、轉台17(包含工件托座18)、第二可動托架13、及第一可動托架12之質量總和。為了完整，請注意，各別移動質量之對應加速與制動程序亦在一「移動」期間產生。根據牛頓定律，討論中之質量的移動，將觸發定位台10剩餘質量之對應反向移動。結果，發生定位台10之底座21的某些特定移動，其與工件/工件托座18之移動對立。然而，基於變動質量(「剩餘」質量在多數情況下確實大於各別移動之質量)，底座21橫向往返移動之路徑典型地確實較小。例如，倘工件/工件托座18位移10公分，則這僅造成底座21之1公分位移(引用示範典型數值)。
在此，底座21之移動相對於基台22依一自由滑動方式(包含可能的旋轉移動)進行。
又請注意，在典型之工件處理期間，該工件之移動平均來說，已在某種程度上互相抵消(該工件或工件托座18典型地經歷一快速移動序列)。然而其結果為，定位台10之底座21相對於基台22的移動亦「平均上互相抵消」。結果，基台22相對於底座21之「多餘邊緣」(基台22頂側24相對於底座21底側23表面之擴展表面)可相對較小。在5公分、10公分、或20公分範圍中之凸出邊緣典型地完全適合於正規操作條件。
即使這無法在第1a圖至第1c圖中辨識，但因基台22頂側24(置於上方之表面)的微小變形，基台22頂側24在此中所顯示之示範具體實施例中包括一略微凹面外型(碗型)。因此，將存有某些特定之回復力(即使該等回復力相對於因一工件/工件托座18而產生之加速度或加速反作用力相對較小)，其試圖使底座21/定位台10移動回一既定零位置(基於位能而穩定平衡)。一般，亦可能使基台22頂側24包括一置於中心之平坦、水平對正表面，且提供基台22邊緣區域中之略微抬起區(類似於一截角錐之中空空間，其「尖端」指向下)。可在此類情形下實現一定零位置範圍。倘定位台10位於此零位置範圍，則其處於一中性平衡；倘其離開該零位置範圍，則將發生定位台10回復至該零位置範圍的一傾向。第2a圖至第2c圖呈現一處理台2之第二可行示範具體實施例。在此顯示之處理台2中總成的較大部份，與第1a圖至第1c圖中所描繪之處理台1者相當。為能更清楚了解，完全相同之參考代碼係用於相似之總成。然而，這並未意謂此等總成必須「徹底地完全相同」(即使可能如此)。反而，完全相同之參考代碼必須理解為意指，藉討論中之部件/總成實施相似(並非必須完全相同；即使可為同一物)功能。結果，在此情況下，此等部件/總成之結構設計亦經常相似。
在目前依據第2a圖至第2c圖描繪之處理台2示範具體實施例中，已歷經某些特定修飾之一種可商品化取得類型之定位台9係依一自由滑動且可位移(包含 可旋轉)方式配置於一基台22之一頂側24上。在本示範具體實施例中，氣墊軸承30部份地凹陷於底座21之底側23中。可自由移動性(可位移性/可旋轉性)係由第2c圖中之箭頭指示。
如同依據第1a圖至第1c圖中之示範具體實施例的定位台10，在此描繪之定位台9包括一靜止板11，其以機械固定式緊固至底座21。一第一可動托架12被配置於靜止板11上，可在一平移方向(x方向；請參見概要標明之坐標系41)位移，且藉由相對應之致動器調整。一第二可動托架13接著被配置於第一可動托架12上，且亦被支持以可藉由致動器而在一平移方向上位移(y方向)。第2a圖至第2c圖中描繪之處理台2亦設有一轉台17，其中位於上方、具有一工具托座18之一轉板16可藉由致動器而相對於一轉台基座15旋轉(θ方向，請參見坐標系41)。
在此描繪之處理台2示範具體實施例亦提供一雙楔型系統19。雙楔型系統19設於轉板16與第二可動托架13之間。雙楔型系統19之一上方楔型31係與轉台17(特別地為轉台基座15)接合，而同時雙楔型系統19之一下方楔型32係與第二可動托架13接合。轉台17、及因此待加工工件之工件托座18的高度可藉雙楔型系統19之二楔型31,32相逆位移(使用在此未描繪之致動器)而變化(在z方向上調整)。僅為了完整性，請注意一沿z方向垂直調整亦因雙楔型系統19之「特徵」而伴隨一x-y平面上位移。雙楔型系統19在此係對準，使一沿 z方向垂直調整伴隨一沿y方向位移作為一額外分量。然而，可藉第二可動托架13位置中之一對應「修正」而輕易地抵消該沿y方向位移。為此，控制電子裝置僅需將適當之控制命令傳送至無論以任何方式呈現之討論中致動器。
在此描繪之處理台2與第1a圖至第1c圖中所示處理台1之另一差異中，在此之基台22頂側24具有一平坦、水平設計(即，包括無凹面沉陷)。為防止定位台9滑落基台22，在此設置一止動框25於基台22頂側24之外緣區中。一各別橡膠墊26係設於止動框25之各別內側上。結果，止動裝置相對較「和緩地」地嚙合。如此將防止定位台9曝露於振動下。經過一段時間，定位台9之反覆(特別地較強)振動可對定位台9之部件造成損害、或導致包括定位台9之組件故障。除此以外，藉由橡膠墊26達成之止動框25和緩嚙合亦可能避免處理待處理工件時之問題(例如，因陡震負載所致之有缺陷切削)，尤其當定位台9、或定位台9之底座21「此刻」(即，以一較佳殘留速度)衝擊止動框25時。
當然，除在此描繪之止動框25以外(或另一選擇)，亦可設置零位置手段，例如一凹面沉陷、具有低彈簧力之機械式彈簧、及相似物。
1‧‧‧處理台
10‧‧‧定位台
11‧‧‧靜止板
12‧‧‧第一可動托架
13‧‧‧第二可動托架
14‧‧‧支持臂
15‧‧‧轉台基座
16‧‧‧轉板
17‧‧‧轉台
18‧‧‧工件托座
20‧‧‧去耦裝置
21‧‧‧底座
22‧‧‧基台
23‧‧‧底側
24‧‧‧頂側
30‧‧‧氣墊軸承
40‧‧‧處理頭
41‧‧‧坐標軸

Claims (32)

  1. 一種工件定位設備(1,2)，包括用於定位一工件之一定位裝置(9,10)、以及用於去耦貯放該定位裝置(9,10)之一去耦裝置(20)，其中該去耦裝置包括一載具元件(21)及一基座元件(22)，該定位裝置(9,10)被配置於該載具元件(21)上，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，其中，該定位裝置(9,10)包括一靜止部件(11)和至少一個可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)，該定位裝置(9,10)的該靜止部件(11)被固定到該載具元件(21)，使得該靜止部件不可相對於該載具元件(21)移動，其中，該定位裝置的該至少一個可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)可相對於該靜止部件(11)移動，使得該工件能夠相對於該靜止部件移動，且當該至少一個可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)相對於該靜止部件(11)移動時，產生作用在靜止部件(11)上的動態反作用力，其特徵在於，為了當該至少一個可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)相對於該靜止部件(11)移動時，使該基座元件(22)與作用在該靜止部件(11)上的動態反作用力去耦，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，從而以一滑動方式至少在一定範圍中大體上無反作用力地響應動態反作用力自由地移動。
  2. 如請求項1之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)藉由一流體膜而被支持在該基座元件(22)上。
  3. 如請求項2之工件定位設備(1,2)，其中，該流體膜是一液膜、一潤滑劑膜、一油膜、一氣膜及/或一空氣膜。
  4. 如請求項2之工件定位設備(1,2)，其中，一個以上的流體膜貯放裝置被配置於該載具元件(21)與該基座元件(22)之間。
  5. 如請求項4之工件定位設備(1,2)，其中，該一個以上的流體膜貯放裝置是氣墊貯放裝置。
  6. 如請求項4之工件定位設備(1,2)，其中，一個以上的流體膜貯放裝置被配置在該載具元件(21)面對該基座元件(22)之側端(23)上及/或該基座元件(22)面對該載具元件(21)之側端(24)上。
  7. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9，10)之該至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的質量對該載具元件(21)與該定位裝置(9,10)之靜止部件(11)的總體質量之比例小於1/5。
  8. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9，10)之該至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的質量對該載具元件(21)與該定位裝置(9,10)之靜止部件(11)的總體質量之比例小於1/10。
  9. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9，10)之該至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的質量對該載具元件(21)與該定位裝置(9,10)之靜止部件(11)的總體質量之比例小於1/20。
  10. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9，10)之該至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的質量對該載具元件(21)與該定位裝置(9,10)之靜止部件(11)的總體質量之比例小於1/25。
  11. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9,10)被構造成，沿至少一線性軸(x)定位該工件。
  12. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9,10)被構造成，沿二線性軸(x,y)或沿至少三線性軸(x,y,z)定位該工件。
  13. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該定位裝置(9,10)被構造成，沿至少三線性軸(x,y,z)且環繞至少一旋轉軸(θ)定位該工件。
  14. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，以在一水平方向(x)上或在至少二水平方向(x,y)上移動跨越至少3公分之範圍。
  15. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，以在一水平方向(x)上或在至少二水平方向(x,y)上移動跨越至少5公分之範圍。
  16. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，以在一水平方向(x)上或至少二水平方向(x,y)上移動跨越至少10公分之範圍。
  17. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)被支持於該基座元件(22)上，以在一水平方向(x)上或至少二水平方向(x,y)上移動跨越至少20公分之範圍。
  18. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)可在至少一最小範圍中相對於該基座元件(22)移動，該最小範圍係從該定位裝置(9,10)之至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的一最大行進路徑推知及從該定位裝置(9,10)之至少一可動部件(12,13,15,16,17,18,19,31,32)的質量對該載具元件(21)與該定位裝置(9,10)之靜止部件(11)總質量的比例推知。
  19. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中至少一限制裝置(25)，其用於限制該基座元件(22)與該載具元件(21)之間的可自由移動性。
  20. 如請求項19之工件定位設備(1,2)，其中，該至少一限制裝置(25)被構造成一和緩嚙合限制裝置，及/或該至少一限制裝置(25)包括一和緩嚙合止動裝置(26)及/或包括至少一彈簧，該彈簧被配置於該載具元件(21)與該基座元件(22)之間。
  21. 如請求項20之工件定位設備(1,2)，其中，該和緩嚙合止動裝置(26)是一彈簧裝置、一氣墊裝置及/或一流體阻尼裝置。
  22. 如請求項20之工件定位設備(1,2)，其中，該至少一彈簧係構造成一水平作用及/或輕柔嚙合彈簧。
  23. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該載具元件(21)及/或基座元件(22)被構成為一塊狀體。
  24. 如請求項23之工件定位設備(1,2)，其中，該塊狀體是一金屬本體、鐵本體、鑄鐵本體、礦物鑄件本體、鋼本體、石塊、大理石塊、玄武岩塊及/或花崗岩塊。
  25. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該基座元件(22)包括一水平對準貯放表面(24)，該表面係面對該載具元件(21)。
  26. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，至少一零位置手段(24)，被構造且裝設成將該載具元件(21)帶至相對於該基座元件(22)之一既定零位置及/或一既定零位置範圍中。
  27. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，至少一零位置手段(24)，被構造且裝設成在該定位裝置(9,10)之閒置狀態下，將該載具元件(21)帶至相對於該基座元件(22)之一既定零位置及/或一既定零位置範圍中。
  28. 如請求項26之工件定位設備(1,2)，其中，該至少一零位置手段(24)被構造成一彈簧裝置、一斜置表面裝置(24)及/或一可主動式引動致動器裝置。
  29. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，至少一工件處理裝置(40)係配置於該載具元件(21)上。
  30. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該至少一工件處理裝置(40)包括至少一工件切削裝置及/或至少一工件檢驗裝置。
  31. 如請求項1至6中任一項之工件定位設備(1,2)，其中，該至少一工件處理裝置(40)係固定地機械耦接至該載具元件(21)。
  32. 如請求項29之工件定位設備(1,2)，其中，該工件定位設備(1,2)被構造且裝設成，用於處理、切削、照明及/或檢驗作為一工件之半導體結構、微結構、奈米結構及/或晶圓。
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