用于细丝化及切单化光学装置的激光切割系统的制作方法

机械加工,机床金属加工设备的制造及其加工,应用技术1.本公开内容的实施方式一般涉及用于光学装置的激光切割(dicing)系统。背景技术：2.在诸如用于虚拟现实或增强现实的光学装置的制造中，将具有亚微米(sub-micron)临界尺寸的结构的一个或多个装置设置在用于处理的基板上，例如基板的正面。为了制造光学装置，必须将表面上设置有一个或多个装置的基板的这个表面保持在基板支撑组件上而不接触一个或多个装置，并且必须在整个制造过程中在多个处理站处理多个基板。由于用于处理基板的处理站的数量的缘故，以及由于用于处理基板的养护，当前的用于处理基板的系统会有产量的限制。一旦制造后，光学装置就与基板分离而不使光学装置变形，这可能是具有挑战性的。3.因此，本领域中需要的是在不使光学装置变形的情况下用于处理基板的方法，以及用于以高产量处理基板并且不使基板变形的处理系统。技术实现要素：4.在一个实施方式中，提供了一种制造光学装置的方法。该方法包含将包括一个或多个装置的第一基板转移至激光切割工具上，该激光切割工具包括细丝化平台(filamentation stage)和切单化平台(singulation stage)。在细丝化平台中，在第一基板上划出一个或多个装置轮廓(contour)。在切单化平台中沿一个或多个装置轮廓切开(cut)第一基板，并且转移所述装置以用于进一步处理。5.在另一个实施方式中，提供了一种用于制造装置的系统。该系统包含多个平台，每个平台设置在多个可移动光学头的相应光学头下方，并且每个光学头对应于激光。输送机系统耦接到所述多个平台，并且分拣系统包括机器人，该机器人能够从输送机系统移动装置。6.在又一个实施方式中，提供了一种用于制造装置的系统，该系统包含设置在第一光学头下方的第一平台。可操作第一光学头以引导来自第一激光源的第一激光束朝向第一平台。第二平台设置在第二光学头下方。可操作第二光学头以引导来自第二激光源的第二激光束朝向第二平台。第一平台和第二平台是相对于彼此可同时操作的。向前输送机系统耦接至所述多个平台。视觉组件包含设置在输送机系统上方的相机，而分拣系统包含能够从输送机系统移动装置的机器人。机器人可通讯地耦接至视觉组件。附图说明7.为了可以详细地理解本公开内容的上述特征的方式，可以通过参考实施方式来获得以上简要地概述的本公开内容的更详细的说明，一些实施方式在附图中图示出。然而，应当注意，附图仅示出了示例性实施方式，因此不应被认为是对本公开内容的范围的限制，并且可以允许其他等效的实施方式。8.图1是根据一个实施方式的基板的第一表面的示意性俯视图。9.图2是根据一个实施方式的包含基板支撑组件的系统的示意性截面图。10.图3a和3b是根据一些实施方式的基板载体的示意性俯视图。11.图4是根据一个实施方式的用于处理基板的系统的流程图。12.图5是根据一个实施方式的用于处理基板的系统的平面图。13.图6是根据一个实施方式的激光切割组件的示意性俯视图。14.为了便于理解，在可能的情况下使用了相同的参考符号来表示图中共有的相同元件。可以预期的是，一个实施方式的元件和特征可以有利地并入其他实施方式中，而无需进一步叙述。具体实施方式15.本公开内容的实施方式一般涉及用于光学装置的激光切割系统，以及用于处理光学装置的方法。该系统包含能够相对于彼此同时操作的几个处理站。包含一种两部分的激光切割系统，该系统使基板经受第一激光和第二激光。在当利用第二激光处理第二基板时，本文提供的系统能够同时利用第二激光处理第一基板。该系统是全自动的，并且使用基板载体轻松地将基板逐站转移。以这种方式，提高了产量和自动化。16.图1是基板100的第一表面102(即，顶表面)的立体前视图。基板100包含与第一表面102(如图2所示)相对的第二表面104(即，图2中可见的底表面)。基板100可以是玻璃、塑料、碳化硅、聚碳酸酯、或任何其他合适的材料。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，基板100是透明的，例如透明玻璃。这些材料可以具有可卷的和柔性的特性。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，基板100具有小于约1毫米(mm)的厚度116(如图2所示)。在一些实施方式中，厚度小于0.5mm。基板100包含设置在基板的第一表面102和/或第二表面104上的一个或多个光学装置106。一个或多个光学装置106可包含具有诸如纳米大小的临界尺寸之类的亚微米临界尺寸的结构114(即，鳍片)。17.本文所述的基板支撑组件200(图2所示)的实施方式可操作成用以保持具有一个或多个光学装置106的基板100，而不会接触结构114并且不会使基板100变形。图2是包括基板支撑组件200的系统201的示意性截面图。基板支撑组件200能够支撑具有不同厚度、形状、和尺寸的基板100，以用于激光处理。18.系统201包含一个或多个光学头205，例如第一可互换(swappable)光学头。第一光学头205被构造成用以从来自一个或多个激光源的一个或多个激光接收能量，诸如来自第一激光源213的第一激光。一个或多个激光源将诸如第一激光束209之类的一个或多个激光束引导到基板100的第二表面104。具有光学装置106的第一表面背向第一激光束209。已经发现，使光学装置106背向第一激光束209，可以保护光学装置106上的结构114以防止装置缺陷。可操作第一激光束209以加热基板100上的光学装置106的边缘，并且提供光学装置的轮廓(outline)。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，一个或多个激光源包含红外线激光器及co2激光源。激光源可以是任何合适的各种波长的电磁能量，例如紫外线的、红外线的和类似的激光源。19.基板100被保持在基板支撑组件200的支撑表面204上。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，基板支撑组件200的主体202耦接至致动器211。基板支撑组件200的主体202可以由任何合适的材料制成，例如铝。致动器211在操作中沿x方向、y方向、和/或z方向移动主体202。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，一个或多个致动器211可以耦接至一个或多个平台，以移动设置在所述平台上的基板100。基板支撑组件200包含控制器206，可操作该控制器206以与系统控制器(未示出)通讯，并且可操作该控制器206以在处理期间控制基板支撑组件200的各方面。20.基板支撑组件200的主体202包含多个突起208。在可与本文描述的其他实施方式结合的一个实施方式中，主体202与突起208包含含有不锈钢和/或铝的材料。在可以与本案描述的其他实施方式结合的另一实施方式中，主体202和突起208包含含有陶瓷的材料。21.基板100的第一表面102(即，顶表面)可固定到多个突起208的支撑表面204，而一个或多个光学装置106不接触支撑表面204。多个突起208中相邻的突起形成窝(pocket)214。窝214具有和对应于一个或多个光学装置106的宽度120和长度122(如图1所示)的宽度216和长度，以及高度222。多个突起208对应于第一表面102和第二表面104之一的多个部分124，所述部分124上不设置这些光学装置106中的一个光学装置106。窝214还可包含一个或多个柱240，所述柱240在光学装置的部分126处支撑光学装置106，所述部分126上不设置结构114。当将基板100固定到基板支撑组件200的支撑表面204时，在基板支撑组件200的主体202与固定到支撑表面204的第一表面102和第二表面104之一的光学装置106之间，在每个窝214中形成区域220。22.可操作每个窝214以耦接到窝导管224，窝导管224经由诸如mfc之类的真空流量控制器226而与真空源228流体连通。可操作真空源228以通过相应的窝导管224向相应的窝214提供真空压力，以通过在相应的区域220中保持真空压力，来保持基板100的对应于突起208的支撑表面204的那些部分。在可与本文描述的其他实施方式组合的一个实施方式中，真空压力为约380torr到约760torr。根据本文所述的实施方式，可操作控制器206以操作每个真空流量控制器226。23.图3a和3b是根据一些实施方式的基板载体302a、302b的示意性俯视图。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板100被保持在基板载体上，例如基板载体302a、302b。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板支撑组件200能够接收保持在基板载体302a、302b(例如基板载体302a、302b)上的基板。基板载体302a、302b包含底板(base plate)304。底板304由诸如包含碳纤维的材料之类的轻质材料制成。已经发现，底板304的轻质材料使载体能够被容易地在处理站之间转移，例如利用拾取和放置机器人来转移载体302a、302b。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，底板为约2kg或更轻，例如约1.5kg或更轻，例如约1kg到约1.4kg。传统底板大于约2kg，例如大于约3kg。底板304能够保持不同形状和尺寸的基板。基板载体302a、302b包含真空隔膜(diaphragm)306a、306b，真空隔膜(diaphragm)306a、306b近似所要保持的基板的形状和尺寸。图3a所示的真空隔膜306a容纳具有第一直径的圆形基板，而图3b所示的真空隔膜306b容纳具有第二直径的圆形基板。图3a所示的第一直径小于图3b所示的第二直径。使用诸如夹持环(clamp ring)之类的保持环308a、308b，将基板保持在基板载体302a、302b上。保持环308a、308b位于基板100上方，并且能够使用设置在基板100下方的磁铁来固定基板100。在基板载体302a、302b上组装基板100，以在构建站中提供堆叠物，如图4中示出的构建站402中所示。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板载体能够具有直径为约100mm到约350mm，例如约150mm、约200mm、或约300mm的基板。24.图4是根据一个实施方式的用于处理基板的系统的流程图400，图5是根据一个实施方式的用于处理基板的系统500的平面图。这里将参考图5所示的系统描述该系统的流程图。系统500包含多个装载端口502a、502b、502c、502d，诸如前开式标准舱(“foup”)。基板100与基板载体302a、302b被储存在分开的端口中，直到基板100准备好进行处理为止。每个装载端口包括多个基板100或多个基板载体302a、302b。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，端口502a和502d包含基板100，而端口502b和502c包含基板载体302a、302b。25.基板100与基板载体302a、302b被转移至构建站402进行组装。例如，将来自端口502a的基板和来自端口502b的基板载体转移至构建站402a。类似地，将来自端口502d的基板和来自端口502c的载体转移至构建站402b。在操作410中，将基板100组装到构建站402中的基板载体302a、302b上。每个基板100与基板载体302a、302b一起形成堆叠物。将堆叠物从构建站402转移至激光切割组件404。在操作412中，对准堆叠物以准备切割。该对准操作包含：将堆叠物放置在用于激光切割的平台上。围绕基板设置的基准点(fiducials)被用作用于确定对准的参考。如本文所使用的，用语“基准点”是指设置在基板上的标记，这些标记是可读的，用以确定基板的对准。每个堆叠物都由机器人从构建站取回，并与如图2所示的基板支撑组件200对齐。由机器人将基板100或堆叠物固定在激光切割工具的基板支撑组件200的主体202上。当激光切割组件404在操作中时，机器人508可以将基板100移动到激光切割工具。这种同步操作使得能够实现高基板产量和效率。26.在操作414中，利用激光切割过程对基板100进行图案化，这勾勒出基板中的光学装置的轮廓。在操作416中，基板100在被基板载体302a、302b支撑时通过这些轮廓而受到加热，从而将这些光学装置切单。对这些轮廓进行加热，这利用热膨胀将这些装置与基板分离。所使用的功率束的功率密度与激光光斑的大小成正比。将处理后的基板转移至后端封装站406。使用一个或多个向前输送机(forward conveyor)507转移处理后的基板。后端封装站406包含用于检查光学装置的视觉站506和分拣站。分拣站包含用于对光学装置进行分拣(例如，操作418)的拾取和放置机器人508。视觉站506包含一个或多个设置在处理后的基板100上方的相机。通过一个或多个相机捕获基板的影像来确定对准，并且识别出有缺陷的光学装置的存在。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板由侧面led光照射以照亮用于成像的光学装置的边缘。以这种方式，视觉站506的相机能够确定每个光学装置的位置和取向。视觉站506可通讯地(communicatively)耦接至机器人508，使得机器人508能够在不接触光学装置的情况下转移基板载体302a、302b，并且从基板转移光学装置。后端封装站406包含一个或多个向前输送机507，例如输送带。这些堆叠物由向前输送机507转移至一个或多个机器人508。机器人508被构造成用以从堆叠物移除光学装置106。27.丢弃有缺陷的光学装置(例如，操作430)，并且将没有缺陷的光学装置转移至后端封装(例如，操作422)。经封装的光学装置在后端处理器被进一步处理，例如在边缘黑化站(edge blackening station)中被处理(例如，操作428)。将已移除了光学装置的基板100与基板载体302a、302b分离(例如，操作420)，并且将破损的基板100与该载体分离(例如，操作432)。在这里描述的堆叠物上执行激光切割过程，这使得堆叠物内的基板载体能够收集由切割产生的碎屑。从基板移除这些载体与这些碎屑。所得到的具有背对激光的结构的光学装置不会有缺陷和诸如因激光切割留下的碎屑中的微粒之类的污染物。多个后端储存端口或托盘(tray)514a、514b、514c、514d用于储存已被分离和分拣的部件，例如有缺陷的光学装置、无缺陷的光学装置、和不同类型的光学装置。28.使用真空模块在清洁站510清洁载体(例如，操作424)，并且将清洁后的载体再利用以进行进一步处理(例如，操作426)。带有碎片的载体可以被原位清洗，并收集起来以备将来使用。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，在连续循环(continuous loop)过程中，将清洗后的载体放置在返回输送机512上并返回到装载端口或构建站。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，返回输送机包括交叉输送机(cross conveyor)部分和返回部分。输送机的返回部分实质上平行于前输送机。在多基板的连续过程中，彼此同时地执行操作410至432中的一项操作或多项操作。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，在一项操作中处理基板，而在另一操作中处理另一基板。29.图6是根据一个实施方式的激光切割组件404的示意性俯视图。激光切割组件404包含两个或更多个平台620、630。平台620、630各自能够在每个方向(x、y、z轴)上移动，并且绕z轴(以例如θ)旋转。每个平台都包含参考图2所述的基板支撑。每个平台(例如，第一平台620、第二平台630)对应于激光源(例如，第一激光源602、第二激光源632)。第一激光源602沿着第一光束路径604发射第一激光。使用第一组的一个或多个转向镜(turning mirror)或转向器(steerer)606、608和第一组的一个或多个扩束器(beam expander)610，将第一光束路径导向第一光学头612。第一光学头612是沿着平行于x轴的线可移动的，并且引导第一激光束朝向设置在第一平台上的第一基板，用于处理第一基板。第一激光束来自红外线激光源，或者是能够在基板中进行细丝化或切割的任何激光。细丝化过程包含：将堆叠物暴露于第一激光束，以加热并且勾勒出(例如“划出轮廓”)堆叠物上的光学装置的那些边缘。第一光学头612位于第二平台630上方，用于处理设置在第二平台上的第二基板。30.类似地，第二激光源632沿着第二光束路径634发射第二激光。尽管图6示出了第一光学头612和第二光学头642设置在沿y轴的不同位置上且沿z轴的相同位置上，但是也可以考虑将第一光学头612和第二光学头642设置在沿y轴的相同位置上且沿z轴的不同位置上。可选地，光学头612、642沿着z轴和y轴位于不同的位置。可理解的是，沿着z轴的不同位置放置光学头612、642，这使得能够使用相对小的空间来同时处理基板。第二激光束来自co2激光源，或者是能够将光学装置从基板上切单的任何激光。切单化过程在由细丝化所产生的划痕轮廓处释放(release)光学装置。依据基板的组成，例如玻璃基板或碳化硅基板，来选择第一和第二激光束。在可以与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，基板是碳化硅基板，并且第一激光束源包含纳秒(ns)uv激光。第一激光束和第二激光束每一种均选自由uv、绿光和ir组成的群组。尤其是，uv、绿光和ir激光可用于碳化硅或玻璃基板的细丝化和/或切单化。另外，co2激光可用于玻璃基板的切单化。激光源包含皮秒、飞秒、或纳秒激光源。使用第二组的一个或多个转向镜和转向器636、638和第二组的一个或多个扩束器640，将第二光束路径634导向第二光学头642。第二光学头642是沿平行于x轴的线可移动的，并且引导第二激光束朝向设置在第一平台620上的第一基板。第二光学头642位于设置在第二平台630上的第二基板的上方。该系统使得能够使用设置在平台上方的专用光学头来相对于彼此同时处理不同的基板。每个光学头包含聚焦元件、多个光学透镜。尽管在这里描述和描绘了ir和co2激光，但是可以使用任何合适的激光或可用的切割技术，来完成细丝化和切单化过程。已经发现，细丝化和切单化减少了在光学装置制造中可能发生的碎裂(chipping)、微裂纹(microcrack)、脱层(delamination)和其他损坏。本文描述的系统，能够同时运行细丝化和切单化两种，以及利用用于处理基板的其他工具和操作，从而允许高产量。31.在可以与本公开内容的其他实施方式结合的一个实施方式中，可以在细丝化过程中，在第一平台620上对第一堆叠物进行处理，随后进行切单化过程。当在切单化过程中处理第一堆叠物时，可以在细丝化过程处理第二堆叠物。第一激光源602可以将红外线(“ir”)能量传输到第一光学头612，第一光学头612可以将该能量引导到设置在第一平台620上的这些堆叠物。在可与本文描述的其他实施方式结合的一些实施方式中，第一光学头在第一平面内是可移动的，而第二光学头在第二平面内是可移动的。第一平面与第二平面相对于z轴是相同的或不同的。32.总之，本公开内容一般涉及一种用于光学装置的激光切割系统，用于保持上面设置有一个或多个光学装置的基板的表面而不接触该一个或多个光学装置从而使基板变形的基板支撑组件，以及用于处理光学装置的方法。33.尽管前述内容针对本公开内容的示例，但在不脱离本公开内容的基本范围的情况下，可以设计本公开内容的其他和进一步的示例，并且本公开内容的范围由随附的权利要求书所确定。









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