KR100395273B1

KR100395273B1 - 개선된프로파일링필터를가진다중속도위치설정시스템

Info

Publication number: KR100395273B1
Application number: KR1019970706632A
Authority: KR
Inventors: 도날드 알. 커틀러; 로버트 엠. 페일쏘프; 마크 에이. 운라드
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 1995-03-20
Filing date: 1996-03-19
Publication date: 2003-11-20
Also published as: EP0815499A1; DE69602525T2; HK1003070A1; KR19980703228A; EP0815499B1; JP3009740B2; JPH10506211A; WO1996029634A1; CA2215804A1; US5751585A; DE69602525D1; CA2215804C; US5798927A; TW316865B

Abstract

본 발명의 다중 속도 위치설정 시스템(50)은 데이터베이스 저장 서브시스템(64)으로부터 패널화되지 않은 위치설정 명령을 수신하고, 그 명령(72)을 반-싸인 위치설정 신호로 프로파일하고, 그 반-싸인 위치설정 신호를, 데이터베이스에 의해 규정된 작업핀(62)의 목표 위치로 각 저속(56, 58) 및 고속(54) 위치설정기를 시동하기 위한 저주파(LFP) 및 고주파(HFP) 위치설정 신호로 처리한다. 저속 및 고속 위치설정기는, 데이터베이스에 의해 정의된 목표 위치 위에 일시적으로 고정 툴 위치(140)를 생성하기 위해 각각 이동 위치를 조정하면서 위치설정 명령 데이터의 흐름에 응답하여 반드시 정지할 필요 없이 이동한다. 다중 속도 위치설정 시스템은 패널화된 데이터베이스를 필요로 하지 않고 충분히 개선된 처리량의 툴을 제공하면서 고속 위치설정 이동 범위 요건을 감소시킨다.

Description

개선된 프로파일링 필터를 가진 다중속도 위치설정 시스템

많은 기술들은 작업편 상의 목표위치에 패턴이나 재료를 감지, 미세 가공 또는 증착하기 위한 공구를 사용하고 있다. 예컨대, 미세 치수의 모터를 위한 크래들(cradle)을 형성하는데 미세 치수의 드릴이 사용될 수 있고; 얇은 금속판에 구멍을 천공하는데 미세 치수의 펀치가 사용될 수 있고; 금속성, 결정질 또는 비정질 시편을 정밀하게 가공하거나 선택적으로 침식시키는데 레이저가 사용될 수 있으며; 머신 비전 처리(machine vision process)는 미크론 크기의 형상을 가진 작업편을 스캐닝하는데 전자빔 또는 레이저빔을 사용할 수 있고; 집적회로 상의 목표위치를 검사하는데 현미경이 위치설정될 수 있으며; 집적회로 안으로 하전입자를 선택적으로 주입시키는데 이온빔이 사용될 수 있다. 상기 언급된 처리들은 모두 작업편상의 목표위치로 적절한 공구를 정확하고 빠르게 위치시켜야 한다는 공통적인 요구사항을 갖는다.

공구와 작업편 사이의 상대 운동을 조절하는데는 두 가지 상반되는 요구사항이 존재한다. 즉, 형상의 크기가 감소되어 치수 정밀도에 대한 필요성이 증가되는 동시에, 작업편의 전체 크기는 증가된다는 것이다. 결과적으로, 공구 위치설정기에 부과된 정밀도, 크기 및 속도에 대한 요구 사항으로 인해 기존의 위치설정 시스템의 한계가 드러나고 있다.

기존의 위치설정기는 통상 속도가 느리고 이동거리가 길거나, 속도가 빠르고 이동거리가 짧다. X-Y 병진 테이블과 같은 속도가 느리고 이동 거리가 긴 위치설정기는 높은 위치설정 정밀도를 특징으로 하는 반면, 갈바노미터-구동 빔 편향기와 같은 속도가 높고 이동 거리가 짧은 위치설정기는 편향각의 비선형성을 특징으로 한다.

이동 거리가 길고, 고속인 위치설정 방법이 "집적 회로상에 포커스 빔을 위치설정하는 방법 및 장치"라는 제목의 1985년 7월 30일자로 허여된 미국 특허 제 4,532,402호에 개시되어 있다. 이 특허에서는 갈바노미터 등의 고속의 이동거리가 짧은 위치설정기(고속 위치설정기)가 X-Y 병진 테이블 등의 저속이지만 높은 정밀도를 가진 위치설정기(저속 위치설정기)와 조합되어 있다. 상기 두 위치설정기는 짧고 신속한 이동을 길고 정밀한 이동과 조합하여 레이저 빔 등의 공구를 직접회로 등의 작업편상의 목표위치에 정밀하고 신속하게 위치설정할 수 있다. 두 위치설정기의 조합된 이동은 먼저, 작업편상의 목표위치 근방의 알고 있는 위치로 저속 위치설정기를 이동시키는 단계와, 상기 저속 위치설정기를 정지시키는 단계와, 고속 위치설정기를 정확한 목표위치로 이동시키는 단계와, 고속 위치설정기를 정지시키는 단계와, 공구가 목표위치상에서 작동하도록 하는 단계와, 그후, 다음 목표위치에 대하여 상술한 단계들을 반복하는 단계를 포함한다.

이와 같은 위치설정 방법은 심각한 결점을 갖는다. 모든 시작 및 정지 단계가 공구가 작업편을 가공하는데 소요되는 시간을 부당하게 증가시키게 된다는 것은 명백하다. 또한, 작업편을 가로질러 일련의 소정 목표위치로 공구를 이동시키는 지령을 발령하는 컴퓨터에 기초한 기계가공 공구 제어 파일 또는 "데이터베이스"에도 심각한 결점이 있다.

이 결점은 예로서, 레이저 빔에 의한 트리밍을 필요로하는 미세한 형상의 정규 패턴을 구비한 형태의 집적 회로 등의 작업편을 레이저 기계가공할 때 나타난다. 저속 위치설정기가 패턴으로부터 패턴으로 레이저빔을 정확하게 이동시키고, 고속 위치설정기가 각 패턴내의 트리밍이 필요한 모든 미세 형상으로 레이저빔을 신속하게 안내할 때 위치설정기와 레이저빔은 효과적으로 상호협력한다.

그러나, 가장 큰 패턴의 크기가 고속 위치설정기의 이동 범위를 초과하는 경우에, 작업편을 가로질러 공구를 위치설정하는 데이터베이스는 고속 위치설정기의 이동 범위내에 각각 부합되는 인접한 구획으로 "패널화(panelized)"되어야만 한다.

예로서, 도 1은 실질적으로 규칙적인 트랜지스터 패턴과, 이에 연계된 전기적 상호접속부를 구비한 집적회로(10)의 일부를 도시하고 있으며, 이들은 패널화된 데이터베이스에 의해 위치설정된 이온 주입 공구로 가공되게 된다. 본 예에서, 선택된 트랜지스터의 임계전압은 집적 회로의 소정 p-채널 기판 영역으로 붕소 이온을 제어하여 주입함으로써 조절되게 된다, 도핑될 기판 영역은 고속 위치설정기의 이동 범위보다 더 큰 면적을 점유하고 있다. 따라서, 저속 위치설정기는 이온 주입 공구를 패널(14)의 원점(12)에서 집적 회로(10)와 정렬시키고, 그후, 고속 위치설정기가 데이터베이스에 의해 지령된 패널(14) 내에 기판 영역을 처리하기 위해 이온 주입 공구와 집적 회로(10) 사이의 필요한 비교적 짧은 이동을 실행한다. 패널(14)이 처리된 후에, 저속 위치설정기는 이온 주입 공구를 패널(18)의 원점(16)에서 집적 회로(10)와 정렬되도록 이동시키고, 그후 고속 위치설정기간 데이터베이스에 의해 지령된 패널(18) 내에 기판 영역을 처리하기 위해 이온 주입 공구와 집적 회로(10) 사이에 필요한 비교적 짧은 이동을 실행한다.

상기 설명한 처리는 집적 회로(10)가 완전히 처리될 때까지 각 패널(22, 26, 30, 34 및 38)의 원점(20, 24, 28, 32 및 36)을 통해서 단계를 밟음으로써 반복된다. 상호접속 패드(40)는 단일 패널 내에 완전하게 포함되지 않는다는 것에 주의 하여야 한다. 다행히도 이 예에서는 상호연결 패드(40)는 이온 주입 처리를 필요로 하지 않으며 패널화시키는 목적에 관련하여 무시되어도 된다.

데이터베이스 패널화는 공구 경로를 몇몇의 소정 구획화된 작은 이동 명령 클러스터로 분할하는 방식의 비효율적이고, 근사적인 최적화이며, 그 이유는 상기 구획화된 이동 명령 클러스터는 그 이동이 증가되면서 실행되므로 비효율적이기 때문이다.

또한, 패널화는 사용된 특정 위치설정기의 이동 성능과 위치설정될 공구의종류에도 의존한다. 예컨대, 집적 회로(10)에 할당된 패널은 집적 회로(10)의 패턴 규칙성에 따를뿐만 아니라, 이온 주입 공구에 지정된 특정 목표위치와 고속 위치설정기의 이동 범위에 따라서, 데이터베이스 내에 설계되어야 한다. 공구 종류가 변경되면, 상이한 목표위치에서 상이한 형태를 처리하기 위해 상이한 타입의 위치설정기가 필요해 진다. 데이터베이스는 새로운 위치설정기와 공구를 수용하도록 재 패널화될 필요가 있다.

패널화는 패널 경계가 벌어지거나 겹쳐지지 않도록 데이터베이스내의 각 패널이 작업편내에서 인접한 패널들과 반드시 접하여야만 한다. 집적 회로(10)의 예에서, 이온 주입 공구 대신에 레이저 빔 공구를 사용하여 상호접속 패드(40)의 금속화를 처리하였다면, 도 1에 도시된 패널화는 상호접속 패드(40)가 두 패널로 나뉘어져 있기 때문에 부적합하다. 작업편이 에칭된 회로기판 내의 구멍에 대한 목표 위치 등의 불규칙한 패턴을 포함할 때 동일한 문제가 발생할 수 있다. 일부 작업 편과 공구 타입의 조합은 패널화가 용이하지 않다. 특정 고속 위치설정기의 이동 범위 보다 더 큰 치수 거리일지라도, 패턴 불규칙성이 반복될 수 있다. 충분히 큰 이동 범위를 갖는 고속 위치설정기를 채용하면 추가된 질량과 비선형성 때문에 생산적이지 못할 수 있다.

따라서, 필요한 것은 부당하게 무거운 고속 위치설정기 또는 패널화된 공구 경로 데이터베이스를 필요로 하지 않고 광범위한 소재에 대한 광범위한 공구를 정확하고 빠르게 위치설정하는 개선된 방법 및 장치이다.

따라서, 본 발명의 목적은 공구 경로 처리 시스템 내의 다중 위치설정기 사이에서 데이터베이스 위치설정 명령을 자동으로 적절하게 할당하는 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이점은 패널화된 데이터베이스를 필요로 하지 않고 임의의 큰 작업편에 대한 공구 경로 조작을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공한다는 것이다.

본 발명의 또다른 이점은 위치설정 시스템을 사용한 공구 경로 조작의 처리 량을 향상시키는 장치 및 방법을 제공한다는 것이다.

본 발명의 또다른 이점은 위치설정 시스템내에 사용된 고속 위치설정기의 질량과 이동 범위를 감소시키는 장치 및 방법을 제공한다는 것이다.

본 발명은 작업편(workpiece) 상의 목표위치에 대해, 광학 기구, 스캐너, 레이저 빔 또는 다른 방사선 빔과 같은 "공구(tool)"를 위치설정하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히, 위치설정 속도와 위치설정 거리의 특정 조합에 대해 각 스테이지가 최적화되어 있는 다중 스테이지 위치설정기(multi-stage positioner)를 이용하여 그러한 공구들과 목표위치들의 위치설정을 정밀하게 조절하는 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 위치설정기 이동 패널화 방법에 따른 공구 처리를 위해 페널화된 집적 회로 작업 위치의 평면도.

도 2는 본 발명의 다중 스테이지 레이저 빔 위치설정 시스템의 제 1 실시예의 블록도.

도 3A 및 도 3B는 본 발명에 따라 위치설정 명령으로부터 처리된 각 2-세그먼트와 3-세그먼트 위치설정기 속도 프로파일을 도시한 시간-속도 그래프.

도 4는 본 발명과 함께 사용하기에 적합한 타입의 선행기술의 갈바노메타 피구동 거울 위치설정기를 도시한 부분별 단면도.

도 5는 본 발명에 따른 위치설정 신호에 응답하는 위치 및 고속 및 저속 위치설정 스테이지 속도를 나타내는 파형 그래프.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 레이저로 16개의 구멍을 천공하는 고속 및 저속 스테이지를 위치설정하기 위해 필요한 시간 및 운동 변수를 나타내는 파형 그래프.

도 7은 본 발명의 다중 스테이지 레이저 빔 위치설정 시스템의 제 2 실시예의 블록도.

도 8A 내지 도 8E는 본 발명의 제 2 실시예와 함께 일반적으로 삼각 계단 스테이지 운동 프로파일에 따른 고속 및 저속 스테이지를 위치설정하기 위해 필요한 위치-시간 및 가속도를 나타내는 파형 그래프.

도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 레이저로 16개의 구멍을 천공하기 위한 고속 및 저속 스테이지를 위치설정하기 위해 필요한 시간과 운동 변수를 나타내는 파형 그래프.

본 발명의 다중 속도 위치설정기 시스템은 데이터베이스로부터 패널화되지 않은 위치설정 명령을 수신하고, 그 명령을 반-싸인(half-sine) 위치설정 신호로 프로파일하고, 그 반-싸인 위치설정 신호를, 데이터베이스에 의해 규정된 목표위치로 각 저속 및 고속 위치설정기를 시동하기 위한 저주파수 및 고주파수 위치설정 신호로 처리한다. 저속 및 고속 위치설정기는 반드시 정지해야하는 단계를 포함하지 않고 위치설정 명령 데이터의 스트림에 응답하여 이동하며, 동시에, 데이터베이스에 의해 한정된 목표위치 위에 일시적으로 고정된 공구 위치를 형성하도록 그 개별적인 이동 위치를 조절한다. 다중 속도 위치설정 시스템은 페널화된 데이터베이스를 필요로 하지 않고 공구의 처리량을 충분히 향상시키면서 고속 위치설정기 이동 범위에 대한 요구사항을 감소시킨다.

제 1 실시예에서, 불완전 저역 필터는 반-싸인 위치설정 신호를 수신하고,그것을 실질적으로 고속 및 저속 위치설정 신호로 나눈다. 불완전 필터는 필터 응답 시간을 개선시키 위해 사용된다. 고주파수 투입 신호에 대해 저속 위치설정기가 응답하지 않아 발생되는 저속 위치설정기 에러는 이들 투입 관련 에러를 고속 위치설정기 명령의 일부로서 고속 위치설정기로 향하게 함으로써 수정된다. 위치설정기와 연관된 마찰 및 관성에 의한 위치설정 에러는 실제 공구 위치를 저속 및 고속 스테이지 위치설정 신호를 수정하는 피드백 망에서 명령된 공구 위치와 비교함으로써 수정된다.

제 2 실시예에서, 반-싸인 위치설정 신호는 그의 가속도와 위치설정 성분으로 나뉘어진다. 공구 처리량은 고정 지연(fixed delay)을 가지면서 저속 위치설정기를 구동하기 위한 저주파수 위치 및 가속 성분을 생성하는 4차 프로파일링 필터를 통해 위치 성분을 통과시킴으로써 개선된다. 필터링되지 않은 위치 및 가속 성분은, 고속 위치설정기를 구동하기 위한 가속 성분과 고주파수 위치 성분을 생성하도록 고정 지연과 같은 양만큼 지연된다. 프로파일링 필터를 통해 유입된 고속 스테이지 성분에 대한 저속 위치설정기의 무응답으로 인한 저속 위치설정기 에러는, 이들 투입 관련 에러를, 고속 위치설정기 명령의 일부로서 고속 위치설정기로 향하도록 함으로써 수정된다. 위치설정기와 연관된 마찰 및 관성에 의해 발생된 위치설정 에러는 저속 및 고속 위치설정 신호를 수정하는 피드백 망에서 명령된 공구 위치와 실제 공구 위치를 비교함으로써 수정된다.

본 발명의 기타 목적 및 이점은 첨부된 도면을 참고해서 설명한 아래의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명료해질 것이다.

바람직한 실시예의 상세한 설명

도 2는 본 발명에 따른 위치설정 명령 실행 능력을 갖는 다중 스테이지 공구 위치설정기 시스템(50)을 보여준다. 본 발명의 위치설정기 시스템을 예컨대, 에칭된 회로 기판과 같은 작업편(62) 위의 목표위치로 레이저 빔(60)을 향하도록, 고속 갈바노메타 위치설정기 스테이지(54; 고속 스테이지), 저속 X-축 병진 스테이지(56, 저속 스테이지) 및 Y-축 병진 스테이지(58; 저속 스테이지)를 제어하기 위한 디지털 신호 프로세서("DSP"; 52)를 사용한 레이저에 의한 구멍 절단 시스템에 의해 설명한다. 위치 결정기(50)는 저속 스테이지(56)에 장착된 고속 스테이지(54)와, 저속 스테이지(58)에 장착된 작업편(62)으로 구성되어 있지만, 고속 스테이지(54)는 고정된 위치에 장착되고, 작업편(62)은 저속 스테이지(56 및 58) 위에 장착되는 등의 다른 구성의 공구 위치설정 시스템으로 구성될 수도 있다.

시스템 제어 컴퓨터(63)는 데이터베이스 저장 서브시스템(64)에 저장된 공구 경로 데이터베이스를 처리한다. 그 데이터 베이스는 구멍을 절단하기 위한 원하는 처리 변수를 포함하고/하거나, 작업편(62) 안의 레이저 빔(60)을 프로파일한다. 그 데이터 베이스는 종래에는 미국 오레곤주 오겐에 소재한 포인트 컨트롤 소스트웨어 회사가 제조한 SMARTCAM과 같은 공구 경로 발생 프로그램을 사용하여 컴파일하였다. 시스템 제어 컴퓨터(63)는 저장된 데이터 베이스의 분석된 부분을, 델타 프로세스(70)에 대한 데이터 흐름으로서 데이터 베이스의 위치 제어부와 레이저 조절기(68)로 전달한다. 델타 프로세스(70)는 작업편(62)을 가로지르는 레이저 빔(60)의 경로에서 각각 의도한 변화를 위해, 데이터 흐름을 델터 위치("dx" 및 "dy"), 속도("dv"), 및 델타 시간("dt")으로 해석한다. 그 결과, 레이저 빔(60)의 각 운동은 dx, dy, dv, dt로 정의되고, 이들은 반-싸인 프로파일된 위치설정 신호로 위치 프로파일러(72)에 의해 부가적으로 처리된다.

레이저 제어기(68)는 델타 프로세스(70)에 의해 발생된 타이밍 데이터에 의해 제어되고, 본 출원의 양수인에게 양도된, 방사 빔 위치 및 방출 조정 시스템이라는 제목으로 1995년 9월 26일 특허된 미합중국 특허 제 5,453,594호에 기재된 것 과 같은 동기화 기술에 따라 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56 및 58)의 동작에 대해 레이저(76)의 발사를 동기화 하는 트리거 프로세스에 의해 부가적으로 조정된다.

델터 프로세스(70)는 도3A와 도3B를 참고해서 설명된 바람직한 BASIC 언어 신호 처리 절차에 따라 dx, dy, dv, dt를 발생한다.

"gen_move"라 지칭되는 바람직한 처리를 호출하기 전에, 최대 가속도(amax), 최대 속도(vmax) 및 최소 시간(tmin)의 제한치를 초기화한다. 그 제한치는 특정 위치설정 명령에 응답하여 거리의 대부분을 이동하기 위해 필요한 특수 위치설정 하드웨어(고속 또는 저속)에 의해 부과된 물리적인 하드웨어 제한치이다. 예컨대, 운동 거리가 최대 고속 위치설정기 운동 범위의 25% 미만이면, 그 값은 고속 위치설정기로 정해진다. 그렇지 않으면 저속 위치설정기로 정해진다. 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56, 58)의 한계치는,

절차 gen_move는 초기위치와 초기속도로부터 최종 위치와 최종 속도까지 2 또는 3개의 운동 세그먼트로 이동하도록 위치설정기 스테이지에 필요한 dx, dy, dv, dt값을 계산한다.

모든 운동 세스멘트는 반-싸인 프로파일된 가속도 세그먼트("세그먼트 1"), 일정한 속도 세그먼트("세그먼트 2") 및 반-싸인 프로파일된 감속도 세그먼트("세그먼트 3")의 조합을 포함한다. 도 3A에 도시된 바와 같이, 위치설정 명령은 위치 설정 속도가 +vmax 또는 -vmax에 도달하도록 하기에 충분히 크며, 세그먼트 2는 세그먼트 1과 세그먼트 3 사이에 포함된다. 그렇지 않으면, 도 3B에 도시된 바와 같이, 두가지 운동 명령은 세그먼트 1과 3을 포함하는 것으로 실행된다(세그먼트 2 = 0). 절차 gen_move는 일반적으로, 다음 베이직 언어 설명을 준수하며, 숙련된 작업자는 쉽게 이해할 것이다.

다시 도 2를 보면, 델터 프로세스(70)에 의해 발생된 dx, dy, dv 및 dt 성분은, 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56, 58)가, 데이터베이스에 의해 명령된 것처럼 이동하도록 하기 위해 필요한 반-싸인 위치설정 신호로 위치 프로파일러(72)에 의해 부가적으로 처리된다. 이상적으로는, 위치설정기 가속도는 모티브힘에 비례하고 모티브 힘은 선형 또는 회전 서보 모터 또는 갈바노메타 코일과 같은 위치설정기 구동기에 공급된 전기 전류에 비례한다. 따라서, 위치 프로파일러(72)에 의해 생성된 위치설정 신호는 도 3A와 도 3B에 도시된 것과 같은 운동을 유발하는 일련의 "완전 스펙트럼" 반 싸인 프로파일형 가속 유도 위치설정 스텝이다. 완전 스펙트럼 대역폭은 약 250Hz가 필요하며, 이 대역폭은 그의 최대 주파수에서 갈바노메타 피구동 거울 위치설정기(100)를 구동시키는 데에 충분한 것이다.

완전 스펙트럼 위치설정 신호의 일시적인 값은 DSP(52)에서 작동하는 싸인 값 발생 프로그램을 위한 변수로서 델터 프로세스(70)에 의해 발생된 dx, dy, dv 및 dt를 사용함으로써 1초당 약 10,000점의 속도로 DSP(52)에 의해 발생된다. 별법으로는, dx, dy, dv 및 dt 성분은 DSP(52)내에 내장된 싸인값 룩업 테이블에 저장된 관련된 싸인 파형 값을 어드레스 및 패치하기 위해 사용될 수 있다.

제 1 실시예에서, 생성되는 완전 스펙트럼 위치설정 신호는 저주파수 위치("LFP") 신호부분을 가산기(80)로 통과시키는 저역 필터(78)에 의해 수신된다. 가산기(80)는 완전 스펙트럼 위치설정 위치로부터 LFP 신호 부분을 빼서 고대역 필터로서 기능을 하여, 고주파수 위치("HFP")를 형성한다. HFP와 LFP 신호 부분은 위치 프로파일러(72)에 의해 발생된 완전 스펙트럼 위치설정 신호와 실질적으로 동일하다. 그 결과, HFP와 LFP 신호는 각각 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56, 58)로 처리되고 분포되며, 그들의 각각은 각각 적용된 위치 신호 주파수에 실질적으로 실시간에 응답하기에 적합하다.

특히, HFP 신호는 가산기(82 및 84) 및 프로세스(86) 쪽으로의 유입을 갈바노메타 구동기(88)를 통해서 처리된다. 마찬가지로, LFP 신호는 가산기(90 및 92) 및 프로세스(86) 쪽으로의 선형 서보 모터 구동기(96)로 처리된다. 갈바노메타 구동기(88)는 고속 스테이지(54)에서 한쌍의 거울 기울기 갈바노메타에 기울기 제어 전류를 공급하고, 서보 모터 구동기(96)는 저속 스테이지(56, 58)의 위치설정을 조절하는 선형 서보 모터에 제어 전류를 제공한다.

도 4는 고속 스테이지(54) 로서 사용하기에 적합한 타입의 선행기술의 갈바노메타 피구동 거울 위치설정기(100)를 보여주고 있다. 갈바노메타 구동기(88)(도2)는 임의의 렌즈(114)를 통해서 작업편(62) 위의 미리정한 목표위치로 레이저 빔(60)을 편향시키는 한쌍의 거울(110 및 112)을 선택적으로 피봇하기위해 베어링(108) 안에 축(107)을 회전시키는 X-축 및 Y-축 고속 응답 D.C. 모터(104 및 106)에 도체(102) 상의 회전형 제어 전류를 제공한다.

별법으로는 압전 소자, 보이소 코일 액츄에이터, 또는 기타 제한된 각도의 고속 위치설정기 장치와 같은 베어링을 갖지 않는 동작 위치설정기는 위치 결정 시스템(50)의 갈바노메타 피구동 거울 위치설정기(100) 대신에 사용될 수 있다.

마찬가지로, 도2를 참조하면, 별도의 정확한 회전 및 선형 위치설정기 기구는 저속 스테이지(56, 58)를 구동하는 선형 서보 모터 대신에 대체될 수 있다. 그러나, 위치설정기 시스템(50)에서, LFP 신호에 응답하는 ANORAD 모터가 바람직하다.

이 실시예에서, 저역 필터(78)는 25Hz의 3 데시벨 롤오프 주파수를 갖고, 하강 기울기 당 100 데시벨을 갖고, 고속 응답에 대한 필터링 효과를 일치시키는 5차(5단계) 디지털 필터로서 실행된다. 결과적으로, 위치 프로파일러(72)에 의해 발생된 고주파수 신호는, 가산기로부터 전달된 HFP 신호 부분이, 완전 스펙트럼 위치 설정 신호의 고주파수 성분을 상실하게 하는 LFP 신호 부분으로 저역 필터(78)를 유입한다. 그럼에도 불구하고, 정확한 위치설정은 전체 위치설정 신호 스펙트럼이 처리되는 것을 요한다. 따라서, LFP 신호 부분은 고속 스테이지(54)는 응답하지만 저속 스테이지(56, 58)는 응답할 수 없는 잔류 고주파수를 포함하기 때문에, 가산기(90)에 의해 발생된 신호는 고속 스테이지(54)가 LFP 신호 부분에 존재한 잔류 고주파수에 응답하도록 가산기(82)에 전달된다.

또한, 작업편(62) 위의 레이저 빔(60)의 실제 위치와 명령된 위치 사이의 위치 에러를 감소시키기 위해 HFP 와 LFP 신호 부분의 각각에 두 가지 신호를 더한다. HFP와 LFP 신호 부분은 스테이지(54, 56 및 58)의 명령된 위치설정을 하게 하기 위해 필요한 이상적인 신호 값을 나타낸다. 그러나, 위치 프로파일러(72)에 의해 발생된 완전 스펙트럼 위치설정 신호의 중량, 마찰, 질량, 및 부정확성은 수정되지 않은 HFP 와 LFP 신호 부분에서 고려된다.

예측된 위치 피드백 데이터를 DSP(52)에 공급하기 위해 위치 센서(120 및 122)를 사용하여 스테이지(54, 56, 58)의 실제 위치를 감지함으로써 실제 인자는 고려된다. 위치 센서(120 및 122)는 적절한 아날로그에서 디지털로 및/또는 디지털에서 아날로그로의 변환 기술과 함께 회전하는 커패시터 플레이트, 선형 및 회전형 엔코더 스케일 또는 인터페로미터 동작 검출기를 사용하는 잘 알려진 종류의 것이다.

레이저빔은 운동 횡단을 가지며, 감지된 빔 부분은 명령된 빔 위치에 계속 비교되고, 위치설정 에러에 의해 실제 인자가 발생한다. 특히, 고속 스테이지(54)의 제2 위치(120)는 위치 센서(120)에 의해 발생되고, 가산기(84) 내에서 피드포워드 프로세스(86)에 의해 전달된 다음 번 HFP 신호 부분과 함께 조합되는 위치 차이를 발생하도록 가산기(82)에서 명령된 위치로부터 감산된다. 마찬가지로, 저속 스테이지(56, 58)의 제2 위치 데이터는 위치 센서(122)에 의해 발생되고, 가산기(90)에서 명령된 위치로부터 감산되어, 피드포워드 처리(94)에 의해 전달된 후속하는 HFP 신호와 가산기에서 조합된다.

도5는 HFP 신호 부분(130)과 LFP 신호 부분(132)으로 DSP(52)(도2)에서 나뉘어진, 대표적인 완전 스펙트럼 위치설정 신호(128) (굵은 선으로 표시되어있음)에 응답하여 그들의 이동을 조정하는 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56)를 개략적으로 도시하고 있다. HFP 신호 부분(130)은 AC-결합된 25-250Hz의, 완전 스펙트럼 위치설정 신호(128)의 높은 대역 부분을 나타내고, LFP 신호 부분(132)은 DC-결합된 0-25Hz의, 완전 스펙트럼 위치설정 신호(130)의 낮은 대역 부분을 나타낸다.

(128A, 128B, 128C 및 128D와 같은 문자로 표시된) 완전 스펙트럼 위치설정 신호(128)에서의 각 반-싸인 프로파일된 위치설정 스테이지는 (130A, 130B, 130C 및 130D)의 HFP 신호 부분(130A, 130B, 130C, 130D)에서의 상응하게 확인된 스테이지이다. 이 예에서, 각 위치설정 스테이지는 약 10 ms의 인접한 위치설정 스테이지로부터 분리되지만, 시간분리는 공구 경로 데이터베이스 내의 타이밍 데이터의 함수이다.

도5는 생성되는 고속 스테이지 속도 파형(134) 및 생성되는 저속 스테이지 속도 파형(136)을 나타내며, 이들은 각각 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56, 58)가 어떻게 HFP 신호 부분(130)과 LFP신호 부분에 응답하는지를 보여준다.

특히, HFP 신호 부분(130A, 130B, 130C, 130D)는 고속 파형 펄스(134A, 134B, 134C, 134D)를 연결함으로써 나타내진 바와 같은, 고속 스테이지(54)가 싸인-프로파일된 속도 변화를 겪도록 하는 가속도 세그먼트를 포함한다. 고속도 파형(134)은 음의 속도 방향으로 이전하고 약 -100 mm/s의 값으로 정한 기본선(138)을 갖는다. 기본선 변위는 HFP 신호 부분 처리 회로로 LFP 신호 부분(132)의 일부를 결합하는, 가산기(80, 82, 90)의 조합된 신호 처리 효과에 의해 유발된다.

HFP 신호 부분(130)은 고속 스테이지(54)가 또한 고속 속도 펄스(134)의 각각에 응답하는지를 나타낸다. 이 예에 필요한 피크 고속 스테이지 위치설정 변위는 약 2.8mm이며, 이것은 낮은 질량의 갈바노미터 피구동 거울 위치설정기의 10mm 선형 범위 이내에서 좋다.

LFP 신호 부분(132)은 저속 스테이지(56, 58)는 느린 속도 파형(136)에 어떻게 응답하는지를 나타낸다. 저속 스테이지 속도 파형(136)은 양의 속도 방향으로 이전되고, 약 +100 mm/s의 값으로 정해진다. 이 예에서, 저속 스테이지 위치는 저속 스테이지(56, 58) 중의 적어도 하나가 이동을 중지하지 않도록 하는 시간과 선형이다.

완전 스펙트럼 위치설정 신호(128)는 파형(132 및 130)으로 나타낸 조합된 고속 및 저속 스테이지 위치로부터 생성된 원래 위치를 나타낸다. 평탄부(140A, 140B, 140C, 140D)는 스테이지(54, 56, 58)가 모두 이동하고 있더라도 조정된 위치가 정지하는 10ms 의 시간 기간을 나타낸다. 이것은 평탄 부분(140)을 나타나며, 그 아래의 파형은 실질적으로 동일하고 반대인 기울기와 교차한다. 평탄부(140)는 작업편(62)에 구멍을 내기 위해 레이저(76)를 사용하는 시간기간에 해당한다.

도2 및 도6을 참조하면, 다중 스테이지 공구 위치설정기 시스템(50)의 제1 실시예의 공구 처리량은 광범위한 이동 프로파일과 순서를 컴퓨터로 모형화함으로써 평가하였다. 약 3mm 이상으로 증가된 이동 거리와 약 5ms 아래로 감소된 레이저 구멍 뚫기 시간으로서 1차 그래프를 그렸더니, 저속 스테이지(56, 58)의 1g 가속 한계가 초과되었다. 특히, 이동의 순서와, 그 이동의 순서에 따른 한 방향으로 구멍뚫기와 반대방향으로 구멍뚫기는 이동 방향이 역일 때 1g 가속도 한계를 초과하였다.

이러한 한계에 대한 해결책은, 저속 스테이지(58)의 가속도를 감소시키도록 저역 필터(78)의 컷오프 주파수를 감소시키고, 위치 프로파일러(72)에 가산기(80)의 출력으로부터 피드백 루프를 추가하는 것을 수반하는 것이다. 도6은 작업편(62) 안에 구멍을 뚫기 위해 레이저(76)에 필요한 고속 스테이지(54)와 저속 스테이지(56, 58)의 위치지정 운동 및 타이밍을 그 해결책을 위해서 보여주고 있다. 저속 스테이지(56, 58)의 동작은 서보 가속 파형(150)과 서보 속도 파형(152)으로 나타낸다. 서보 가속 파형(150)은 필요한 가속도 한계 내에서 있는 약 1g의 피크 가속도(154)를 보여주고, 서보 속도 파형(152)은 250m/s 한계 이내에 있는 약 175m/s의 피크 속도(156)를 보여준다.

고속 스테이지(54) 동작은 재위치설정 운동(160)과 위치 조정 운동(162)을 포함하는 갈보 위치 파형(158)으로 나타내어있다. 레이저(76)의 50ms 펄스는 레이저 파형(164)으로 나타내었다.

공구 경로 조작의 최적 처리량은, 각 재위치설정 운동(160)을 직접 따르는 위치 조정 운동(162) 동안 레이저(76)를 펄스시켜야 한다. 불행히도, 고속 스테이지(54)가 멀리 있을 때까지 각 재위치설정 운동(160)의 시작을 지연하기 위해 필요한 제안된 해결책은 다음번 재위치지정 운동(160)이 10mm 주행 제한을 초과하지 않고 될 수 있도록, 그의 10mm 주행 제한으로부터 충분하였다. 따라서, 제안된 해결책이 가속도를 조절하는 동안, 약 3mm보다 더 큰 긴 운동의 순서를 위한 처리량을충분히 제한한다. 도6은 제안된 해결책은, 레이저(76)를 사용하여 6개의 구멍을 뚫기 위해 550ms를 필요로 함을 보여준다.

도7은, 저역 필터(78)(도2)를 일정한 지연을 갖는 프로파일 필터(170)로 대체하고, 프로파일 필터(10)의 일정한 지연을 보상하도록 가산기(80 및 82) 및 위치 프로파일러(72) 사이의 지연 소자(172)를 더함으로써, 공구 처리량이 향상된 DSP(52)의 제2 실시예를 보여주고 있다. 지연 소자(172)는 또한 지연됨으로써, 위치 프로파일(72)에 의해 발생된 레이저 트리거 펄스를 동기화 하고, 레이저 제어기(68)로 향한다. 프로파일 필터(170)와 지연 소자는 협동하여, 그의 가속도를 ± 1g으로 제한하면서 평균 위치 프로파일 위로 유연하게 저속 스테이지(56, 58)를 이동시키고, ± 10mm로 고속 스테이지(54) 위치설정 운동을 제한하도록 협동한다.

위치 프로파일러(72)에 의해 발생된 반-싸인 위치설정 신호는 위치 성분과 가속도 성분을 포함한다. 위치성분은 저속 스테이지(56, 58)를 구동하기 위한 필터링된 위치 명령 데이터를 생성하도록 프로파일 필터(170)에 의해서 수신된다. 프로파일 필터(170)는 하기 수학식 1로 나타낸 4차 저역 필터가 바람직하다.

[수학식 1]

상기 수학식 1에서, ω 는 프로파일 필터(170)의 자연적 또는 컷오프 주파수이고, ζ 는 그의 완충 비율이다. 바람직하게는 ω 는 38(radians/s)이고 ζ는 0.0707이다. ζ 의 0.707값은 프로파일 필터(170)의 자연 주파수(ω n)까지 주파수를 갖는 직선인 위상 래그를 생성하기 때문에 임계 완충비라고 부른다. 선형 위상 래그는 자연 주파수까지 주파수 내용을 갖는 반-싸인 위치설정 신호의 일정한 시간 지연을 가져온다. 수학식 1에서 시간 지연은 4ζ/ω 초이다.

프로파일 필터(170)는 반-싸인 위치설정 신호 위치 성분에 대해 일정한 시간 지연을 갖는 여과된 위치 명령 데이터를 생성하기 때문에, 일정한 시간 지연은 지연 소자(172)에 의해 보상된다. 지연 소자(172)는 위치 프로파일러(72)로부터 가산기(80 및 82)의 위치 성분 및 반-싸인 위치설정 신호 가속도를 전달하는데서 프로그램된 지연으로서 DSP(52)에 의해 실행되는 것이 바람직하다. 그렇게 해서, 고속 스테이지(54)로 향하는 반-싸인 위치설정 신호는 저속 스테이지(56, 58)로 향하는 여과된 위치 명령과 동기화된 시간이다.

위치 프로파일러(72)로부터의 가속 명령은 피드 포워드 프로세스(94) 및 가산기(80)에 서보 가속도 피드포워드 신호를 제공하기 위해 프로파일 필터(170)에 의해 여과된다. 제1 실시예와 유사한 방식으로, 가산기(80)는 완전 스펙트럼 위치 설정 위치의 가속 성분으로부터 서보 가속 피드포워드 신호를 감산함으로써 고역 필터로서 작용하여, 피드 포워드 프로세스(86)로 전달된 갈보 가속 피드 포워드 신호를 형성한다. 반-싸인 위치설정 신호의 지연된 위치 성분 및 프로파일 필터(170)로부터 여과된 위치 명령은 각각 처리 및 분포를 위한 가산기(90 및 82)에서 저속(56, 58) 및 고속 스테이지(54)로 전달된다. 갈보 필터(174)와 서보 필터(176)는 저속(56, 58) 및 고속 스테이지(54)를 안정하게 유지하는 기능을 하는 종래의 루프 보상 필터이다.

저속 스테이지(56, 58)의 ± 1g 가속도 능력과 고속 스테이지(54)의 ± 10mm주행 제한은 프로파일 필터(170)의 컷오프 주파수 및 위치 프로파일러(72)에 의해 발생된 반-싸인 위치설정 신호의 변수를 억제한다. 이러한 제한은 도8A에 도시된 삼각 이동 프로파일(180)에 응답한 파형의 예를 보여주는, 도8A 내지 도8E를 참고해서 설명된다. 삼각 이동 프로파일(180)은 일련의 상향으로 이동하는 위치설정 스테이지(182)를 포함하고, 그를 따르는 일련의 하향으로 이동하는 위치설정 스테이지(184)를 포함한다. 저속 스테이지(56, 58)는, 저속 스테이지 가속 파형(186)은 삼각 이동 프로파일(180)의, 시작, 중간 및 끝에서의 가속 임펄스(188, 190, 및 192)를 겪는 저속 스테이지(56, 58)를 나타내는 도8B에 도시된 것과 같이 응답한다. 다중 고주파수 가속도 임펄스는 위치설정 스테이지(182, 184)의 각각에서 발생하고, 저속 스테이지 가속 파형(186)을 남기는 프로파일 필터(170)에 의해 여과된다.

프로파일 필터(170)의 컷오프 주파수가 감소함에 따라, 가속도 임펄스(188, 190, 192)의 최대 진폭은 감소한다. 따라서, 특수한 저속 스테이지 가속 한계의 경우에(예컨대 1g), 컷오프 주파수는 이러한 제한을 사용하여 설정될 수 있다.

그러나, 또다른 제한은 컷오프 주파수의 더 낮은 범위로 설정된다. 프로파링 필터(170) 때문에, 저속 스테이지(56, 58)의 실제 위치 프로파일은 삼각 이동 프로파일(180)의 파형을 정확하게 따르지 않지만, 더욱 "둥글게" 되어있다. 도8C에 도시된 바와 같이, 이것은 고속 스테이지의 위치설정(즉, 저속 스테이지(56, 58)의 이동 프로파일과 삼각 이동 프로파일(180) 사이의 차이)가, 고속 스테이지 위치설정 파형(194)으로 나타낸 바와 같이 움직이도록 한다. 도8B와 도8C를 시험하면, 가속 임펄스(188, 190, 192)에 상응하는 시점에서, 고속 스테이지(54)의 위치가 최대(196, 198, 200)에서 저속 가속 파형(186)에 도달하는 것으로 나타난다. 불행히도, 프로파일 필터(170)의 컷오프 주파수를 감소시키면, 고속 스테이지(54)의 최대 운동을 증가시킨다. 따라서, 저속 스테이지 가속도와 고속 스테이지 위치설정을 제한하는 사이에 일치되어야 한다.

이러한 일치에 도달하기 위해 사용될 수 있는 또다른 변수는 원하는 이동 프로파일의 형태이다. 최대 속도, 가속도를 변화시킴으로써, 원하는 운동 프로파일에서의 각 스테이지의 레이저(76)의 시점에서 가속도 임펄스(188, 190, 192)의 크기를 조절할 수 있다. 가속 임펄스 크기를 저하시키면, 프로파일 필터(170)의 컷 오프 주파수가 증가되도록 하여, 고속 스테이지(54)의 최대 운동을 차례로 감소시킨다.

더 큰 프로파일 가속도 및/또는 레이저 온-타임은 운동 거리의 함수로서 설정될 수 있다. 처리량의 또다른 개선사항은 예정된 가속도로 위치시키기 위해 다음번 스테이지의 레이저 온-타임 또는 가속도를 그리고 선행 위치설정 스테이지의 함소러의 최대 저속 스테이지 가속도를 예측함으로써 가능하다.

프로파일 필터(170)는 임계 완충비율을 갖는 2 이상의 2차 필터를 처리함으로써 실행된다. 다수의 캐스케이드 필터가 2 이상으로 증가함에 따라, 그들의 컷 오프 주파수는 여러개의 필터의 대략 제곱근정도로 증가한다 (예컨대, 두 개의 필터는 하나의 필터의 컷오프의 1.141배의 컷오프를 갖는다). 두 개의 필터는 전체필터 실행을 단순하게 유지하면서 우수한 매끄러움을 제공하도록 캐스케이드된다.

수학식 1로 나타낸 프로파일 필터 응답은 2선 변형을 통해서 불연속 등량으로서 표현될 수 있다. 생성되는 디지털 변환 함수는 하기 수학식 2로 나타낸다.

[수학식 2]

앞의 입력과 출력이 주어지면, 필터 출력(yk 및 yk)에 대한 시간-영역 수학식은 하기 수학식 3 및 4로 표현된다.

[수학식 3]

[수학식 4]

수학식 3 및 수학식 4는 수학식 5로 나타낸 바와 같이 결정된다.

[수학식 5]

수학식 5에서, T는 필터의 샘플 기간이고, ω 는 컷오프 주파수이고, ζ 는 그의 완충 비율이다.

프로파일 필터(170)에 있어서, 바람직한 38 라디안/초의 컷오프 주파수는 DSP(52)가 저속 스테이지(56, 58)의 위치지정 데이터를 갱신하는 10 KHz의 속도에 비해서 배우 낮은 주파수이다. 프로파일 필터(170)가 10 KHz의 저속 스테이지 갱신 주파수로 작동하면, 불연속 필터 계수는 단위 원에 대해 가깝게 불연속 필터의 전극이 이동하기 때문에 라운드오프 에러를 감지한다. 따라서, 프로필 필터(170)가 수학식 3 및 수학식 4로 나타낸 바와 같은 2개의 2차 필터로서 작동하여, 필터 수학식의 차수를 감소시키고, 필터 계수를 합리적으로 조절한다. 프로파일 필터(170)는 위치 프로파일러(72)로부터 가속도 명령을 수신하고, 서보 피드포워드 프로세스(94)와 가산기(80)에 전달된 여과된 가속도 명령을 발생한다.

바람직한 이동 프로파일 명령은 10KHz 갱신 속도로 계산되는 것이 바람직하며, 저속 가속도 및 실제 위치(명령되지 않음)는 가산기(80 및 82)에서 그로부터 감산되어, 각각 고속 및 위치 명령 신호를 생성한다.

도8C에 도시된 바와 같이, 적당히 실행된 프로파일 필터(170)의 경우에, 고속 스테이지 위치는 긴 운동 도안 약 0만큼 떤다. 프로파일 필터(170)의 지연이 지연 소자(172)에 의해 일치되지 않으면, 고속 스테이지 위치는 위쪽으로 이동하는 위치설정 스테이지(182), 및 아래쪽으로 이동하는 위치설정 스테이지(184)에 응답하여 0 상하로 유지할 것이다.

도8D는 저속 스테이지 위치를 보여주고, 도8E는 도8C와 도8D에서 나타낸 고속 및 저속 스테이지 운동으로부터 나온 조합된 위치를 보여준다. 도8E에 도시된 조합된 위치는 약 7ms만큼 도8A의 삼각 이동 프로파일(180)을 래그하고, 이것은 프로파일 필터(170)와 지연 소자(172)의 일정한 지연에 대한 것이다.

도9는 제2 실시예에서 작업편(62) 안에 16개의 구멍을 뚫기 위한 레이저(76)에 필요한 고속 스테이지(54) 및 저속 스테이지(56, 58)의 위치설정 운동과 생성되는 타이밍을 도시하고 있다. 저속 스테이지(56, 58)의 동작은 서보 가속도 파형(210)과 서보 속도 파형(212)로 표현된다. 서보 가속도 파형(210)은 필요한 가속도 한계 내에 있는 약 1g의 피크 가속도(214)를 도시한 것이며, 서보 속도 파형(212)은 약 375 m/s의 피크 속도(216)를 도시한 것이다.

고속 스테이지(54) 동작은 재위치설정 운동(220) 및 위치 조정 운동(222)을 포함하는 갈보 위치 파형(218)으로 나타내진다. 레이저(76)의 15 ms 펄스는 레이저 파형(224)으로 나타내진다.

도6을 참고해서 설명한 바와 같이, 공구 경로 오퍼레이션의 최적의 처리량은 통상 각 재위치설정 운동을 즉시 따르는 위치 조정 운동(222) 동안 펄스 레이저(76)를 필요로 한다. 도9는 제2 실시예가 레이저(76)를 사용하여 16개의 구멍을 뚫기 위해 300ms를 필요로 하는 것을 도시한 것이다. 실제로, 도6과 도9를 비교하면, 더욱더 현저하다(225ms 대 550ms). 그 이유는 전형적인 응용에서, 수백개의 구멍의 순서에 대해 한 번 첫 번째 구멍에 대한 약 75ms의 상-전 지연이 발생하기 때문이다. 제2 실시예의 또다른 이점으로서, 고속 스테이지(54)는, 그의 위치지정 정확도를 개선하는, 그의 주행 범위 내에 중심을 맞춘 것을 조작한다.

선행 실시예는 고속 및 저속 위치설정 스테이지의 각각에 대한 동작의 규정되지 않은 단일축에 대해 신호처리를 수행한다. 숙련된 작업자는 양쪽 축과 양쪽스테이지의 동작을 조정하기 위해서 신호 처리를 어떻게 왕복하는지를 쉽게 이해할 것이다.

상기 설명된 조정된 위치지정은, 구멍을 뚫기 위한 레이저를 발사하기 위해 각 목표위치에서 일시정지와 조합된 공구 경로를 따라 목표위치간의 빠른 운동을 필요로 하는 레이저 빔 구멍뚫기와 같은 응용에 대해 특별히 유리하다. 그러나 이것은 그러한 응용에만 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 위치설정 정확도, 위치설정 속도, 최소화 또는 제거된 정지 시간, 패널화되지 않은 공구 경로 데이터 베이스, 및 최소화된 고속 스테이지 운동 범위 요건의 개선된 조합을 제공한다.

숙련된 작업자는 본 발명의 부분이 상기 설명된 레이저 빔 미세-가공 실행과 상이하게 실행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예컨대 광범위한 공구은, 미세-크기 드릴, 펀치, 레이저, 레이저 빔, 방사 빔, 입자 빔, 빔 생성 장치, 현미경, 렌즈, 광학 기구 및 카메라와 같은 고속 위치설정기 스테이지에 의해 수행될 수 있다. 또한, 여러 가지 상이한 위치설정 장치들은 갈바노메타, 보이스 코일, 압전 변환기, 스텝 모터, 및 리드 스크류 위치설정기 중에서 유래된 상이한 여러 가지 조합에 사용될 수 있다. DSP는 완전히 디지털일 필요는 없으며, 아날로그와 디지털 서브회로들의 적합한 조합을 포함한다. 물론, 여기서 설명된 위치설정 신호 프로파일, 스펙트럼 대역폭 및 진폭, 및 필터 특성은 다른 위치설정 응용의 요건을 맞추도록 수정될 수도 있다.

당 업계의 숙련자들은 본 발명의 원리 하에서 벗어나지 않고 본 발명의 상기 실시예의 상세한 설명에 여러 가지 변경을 시킬 수 있다는 것은 자명한 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 하기 청구범위에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims

위치설정 명령들의 세트(72)에 응답하여 작업편상의 목표위치들의 세트에 대해 공구(60)를 위치설정하는 장치(50)로서, 상기 장치는 공구(tool)와 작업편(workpiece) 사이의 제어된 제 1 상대 이동 범위(130, 158, 194)를 제 1 위치 설정 가속도로 수행하는 제 1 위치설정기 스테이지(54)와, 공구와 작업편 사이의 제어된 제 2 상대 이동 범위(132)를 제 2 위치설정 가속도로 수행하는 제 2 위치설정기 스테이지(56, 58)를 포함하고, 상기 제 2 상대 이동 범위는 상기 제 1 상대 이동 범위 보다 크고, 상기 제 2 위치설정 가속도는 상기 제 1 위치설정 가속도 보다 작은 공구 위치설정 장치에 있어서,

위치설정 명령들의 세트로부터 이동 제어 신호(134, 138)를 도출하는 신호처리기(52)와;

상기 이동 제어 신호를 제 1 주파수부(130)와 제 2 주파수부(132)로 분할하는 필터(78, 170)와;

상기 제 1 주파수부에 응답하여 상기 제 1 위치설정기 스테이지의 제 1 상대 이동 범위를 제어하는 제 1 위치설정기 구동기(88)와,

상기 제 2 주파수부에 응답하여 상기 제 2 위치설정기 스테이지의 제 2 상대 이동 범위를 제어하는 제 2 위치설정기 구동기(96)를 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 위치설정 명령들은 패널화되지 않은 위치설정 명령들인 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 필터(170)는 소정의 지연량을 가지고 있어서, 제 2 주파수부가 상기 지연랑 만큼 제 1 주파수부 보다 늦어지게 되며,

상기 장치는 실질적으로 상기 지연량 만큼 상기 제 1 주파수부를 지연시켜 상기 제 2 주파수부에 실질적으로 동기된 상태의 지연된 제 1 주파수부를 제공하는 지연 소자(172)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 공구는 드릴, 펀치, 레이저(76), 레이저 빔(60), 이온 빔, 방사선 빔, 마이크로스코프, 렌즈, 광 스캐너 및 카메라 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 위치설정기 스테이지는 X축 병진 스테이지(56)와 Y축 병진 스테이지(58)를 포함하고,

상기 제 1 위치설정기 스테이지(54)는 상기 X축 병진 스테이지 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 5 항에 있어서,

상기 작업편(62)은 상기 Y축 병진 스테이지(58) 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위치설정기 스테이지는, 상기 제 1 및 제 2 위치설정기 스테이지가 이동하는 동안 상기 공구가 상기 작업편에 대해 일시적으로 정지되도록(140) 제 1 및 제 2 위치설정 이동을 조절(130, 162, 222)하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 지연 소자(172)는 상기 신호 처리기(52)에 의해 실행되는 프로그래밍된 지연으로서 구현되는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 필터(170)는 상기 제 2 주파수부를 생성하는데 저역 필터링(low-pass filtering) 기능을 채용하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제 2 주파수부는 제 1 주파수부로부터 감산(80)되어 고주파수 위치설정 신호부를 생성하고, 상기 고주파수 위치설정 신호부로부터 구동 신호가 도출되어 상기 제 1 위치설정기 구동기를 구동하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 장치.
작업편(62)이 전자 디바이스 또는 전자 디바이스 패키지인 작업편 처리 시스템의 일부로서 구현되는 공구 위치설정 시스템(50) 내의 작업편상의 목표 위치들의 세트에 대해 공구를 위치설정하는 방법으로, 상기 공구 위치설정 시스템은 공구(60)와 작업편 사이의 제어된 제 1 상대 이동 범위를 제 1 위치설정 가속도로 수행하는 제 1 위치설정기(54)와, 공구와 작업편 사이의 제어된 제 2 상대 이동 범위를 제 2 위치설정 가속도로 수행하는 제 2 위치설정기(56, 58)를 포함하고, 상기 제 2 상대 이동 범위는 상기 제 1 상대 이동 범위 보다 크며, 상기 제 2 위치설정 가속도는 상기 제 1 위치설정 가속도 보다 작은 공구 위치설정 방법에 있어서,

제어된 가속도로 공구가 안내되는 공구 경로를 정의하는 위치설정 명령들을 데이터베이스로부터 제공하는 단계와;

상기 위치설정 명령들을 필터링하여 고유의 지연 오프셋을 갖는 고 대역폭 및 저 대역폭 위치설정 신호들을 발생시키는 단계와;

고 대역폭 및 저 대역폭 위치설정 신호들로부터, 상기 고 대역폭 및 저 대역 폭 위치설정 신호들 사이의 고유의 지연 오프셋을 보상하기 위한 보상 지연(172)을 포함하는 제 1 및 제 2 위치설정 신호들을 각각 도출하는 단계와;

상기 제 1 및 제 2 위치설정 신호들로부터 제 1 및 제 2 구동 신호들을 도출하고, 상기 제 1 및 제 2 구동 신호들을 제 1 및 제 2 위치설정기에 각각 적용하여, 상기 제 1 및 제 2 위치설정기가 이에 응답하여 공구 경로를 따라 제어된 가속도로 정밀한 공구 위치설정을 수행하도록 조절된 방식으로 적어도 부분적으로 중단되지 않은 동시적인 운동을 하면서 그들의 제어된 상대 이동 범위 내에서 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 위치설정 명령들은 패널화되지 않은 형태인 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 저 대역폭 위치설정 신호를 발생시키도록 필터링하는 단계는 저역-통과 필터링 기능(170)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 구동 신호들을 도출하는 단계는 위치설정 명령들에 보상 지연을 부과하여 고 대역폭 위치설정 신호를 형성하는 단계와,

상기 고 대역폭 및 저 대역폭 위치설정 신호들을 처리하여 제 1 및 제 2 구동 신호들이 도출되는 제 1 및 제 2 위치설정 신호들을 형성하는 단계를 포함하는것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 14 항에 있어서,

상기 고 대역폭 및 저 대역폭 위치설정 신호들을 처리하는 단계는 고 대역폭 위치설정 신호로부터 저 대역폭 위치설정 신호를 감산(80)하여 제 1 위치설정 신호를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 보상 지연과 상기 고유의 지연 오프셋은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 구동 신호들을 적용하는 단계는:

상기 제 1 및 제 2 위치설정기 중 하나의 실제 위치를 감지하는 단계(120, 122)와;

위치설정 명령들 중 대응하는 명령에 의해 특정된 명령 위치와 실제 위치 사이의 위치 차이를 계산하는 단계(82, 90)와;

상기 위치 차이를 사용하여 실제 위치가 속하는 제 1 및 제 2 위치설정기 중 하나의 실제 위치의 에러를 정정하도록 제 1 및 제 2 구동 신호들 중 하나를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위치설정 신호들을 적용하는 단계는:

상기 제 1 및 제 2 위치설정기의 제 1 및 제 2 실제 위치를 감지하는 단계(120, 122)와;

위치설정 명령들 중 대응하는 명령과 상기 제 1 및 제 2 실제 위치에 의해 특정된 명령 위치 사이의 제 1 및 제 2 위치 차이를 계산하는 단계(82, 90)와;

상기 제 1 및 제 2 위치 차이를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 실제 위치의 에러를 정정하도록 제 1 및 제 2 구동 신호들을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치 결정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 위치설정 신호들을 적용하는 단계는 제 1 및 제 2 위치설정기가 이동하는 동안 공구가 상기 작업편에 대해 일시적으로 정지되도록 조절된 방식으로 상기 제 1 및 제 2 위치설정기를 작동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 1 위치설정 신호를 적용하는 단계는:

상기 제 1 및 제 2 위치설정기의 제 1 및 제 2 실제 위치를 감지하는단계(120, 122)와;

위치설정 명령들 중 대응하는 명령과 상기 제 1 및 제 2 실제 위치에 의해 특정된 명령 위치 사이의 제 1 위치 차를 계산하는 단계(82, 90)와;

상기 제 1 위치 차이를 사용하여 상기 제 1 및 제 2 실제 위치 내의 적어도 일부 에러를 정정하도록 상기 제 1 구동 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 제 2 위치설정기는 X축 병진 스테이지(56)와 Y축 병진 스테이지(58)를 포함하고, 상기 제 1 위치설정기는 상기 X축 병진 스테이지 위에 장착되며, 상기 작업편은 Y축 병진 스테이지 위에 장착되는 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.
제 11 항에 있어서,

상기 공구는 드릴, 펀치, 레이저(76), 레이저 빔(60), 이온 빔, 방사선 빔, 마이크로스코프, 렌즈, 광학 스캐너 및 카메라 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 공구 위치설정 방법.