KR101320712B1 - Method for aligning rotation axis of two-axis rotation stage using alignment mark and apparatus thereof - Google Patents

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KR101320712B1 KR1020120018483A KR20120018483A KR101320712B1 KR 101320712 B1 KR101320712 B1 KR 101320712B1 KR 1020120018483 A KR1020120018483 A KR 1020120018483A KR 20120018483 A KR20120018483 A KR 20120018483A KR 101320712 B1 KR101320712 B1 KR 101320712B1
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Abstract

정렬 마크를 이용한 2축 회전 스테이지의 회전축 정렬 방법 및 그 장치가 개시된다. 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 결정하는 스테이지 제어 방법에 있어서, 2축 회전 스테이지는 일 축이 CCD 카메라에 수직한 방향이고 다른 축이 일 축과 수직한 축으로 구성되며, CCD 카메라와 대향(對向)하여 2축 회전 스테이지와 CCD 카메라의 사이에 정렬 마크를 위치시키는 것을 특징으로 하며, 이때 스테이지 제어 방법은 CCD 카메라를 통해 정렬 마크가 촬영된 CCD 영상을 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.Disclosed are a rotation axis alignment method and a device for a two-axis rotation stage using the alignment mark. In the stage control method for determining the rotation axis and rotation center of the two-axis rotation stage, the two-axis rotation stage is composed of an axis in which one axis is perpendicular to the CCD camera and the other axis is perpendicular to the one axis, and faces the CCD camera. (Iii) positioning the alignment mark between the two-axis rotation stage and the CCD camera, wherein the stage control method includes a rotation axis of the two-axis rotation stage using a CCD image photographed by the CCD camera. Determining azimuth and rotation center coordinates.

Figure R1020120018483
Figure R1020120018483

Description

정렬 마크를 이용한 ２축 회전 스테이지의 회전축 정렬 방법 및 그 장치{METHOD FOR ALIGNING ROTATION AXIS OF TWO-AXIS ROTATION STAGE USING ALIGNMENT MARK AND APPARATUS THEREOF}Method of aligning a rotating shaft of a two-axis rotating stage using an alignment mark and a device therefor {METHOD FOR ALIGNING ROTATION AXIS OF TWO-AXIS ROTATION STAGE USING ALIGNMENT MARK AND APPARATUS THEREOF}

본 발명의 실시예들은 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 정밀하게 정렬하는 방법에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to a method of precisely aligning a rotation axis and a rotation center of a two-axis rotation stage.

일반적으로, 시료를 분석하는 장비 등에는 시료를 원하는 위치에 이동시키기 위한 스테이지 시스템이 필요하다.In general, equipment for analyzing a sample or the like requires a stage system for moving the sample to a desired position.

예컨대, 이온주사장치 및 이온빔을 주사하여 시편을 분석하는 장비에는 매니퓰레이터(manipulator)라는 유닛이 사용된다. 매니퓰레이터는 소스 헤드(source head)와 어낼라이져 챔버(analyzer chamber) 사이에 위치하여 소스부에서 발생된 이온빔의 특성상 블로잉 현상에 의하여 소스 챔버 부분에 증착되어 2차 전자의 발생을 억제하는 역할을 수행한다. 이온빔은 양 전하 특성을 띠어 매니퓰레이터 부분의 가압 전극에는 음의 전압을 가하여 이온빔이 다른 곳으로 이동하기 않고 매니퓰레이터에 흡착하게 한다.For example, a unit called a manipulator is used for an ion scanning device and a device for scanning a specimen by scanning an ion beam. The manipulator is positioned between the source head and the analyzer chamber and is deposited on the source chamber part by a blowing phenomenon due to the characteristics of the ion beam generated from the source part, thereby suppressing the generation of secondary electrons. . The ion beam has a positive charge characteristic, so that a negative voltage is applied to the pressurized electrode of the manipulator portion so that the ion beam is absorbed by the manipulator without moving elsewhere.

이때, 매니퓰레이터에 있어서, 이온빔이 주사되는 시편을 원하는 위치에 이동시키기 위한 스테이지 시스템이 필요하다. 매니퓰레이터 등에 의한 시편이 고정된 샘플홀더를 이동시키는 것은 대부분 다축 방향으로 샘플 홀더를 직선 이동시키는 방법이 사용된다. 또는 샘플홀더를 특정 축을 중심으로 회전시켜 샘플홀더를 이동시키게 된다.At this time, in the manipulator, a stage system for moving the specimen to which the ion beam is scanned to a desired position is required. In order to move the sample holder in which the specimen is fixed by a manipulator or the like, a method of linearly moving the sample holder in the multi-axis direction is used. Alternatively, the sample holder is moved by rotating the sample holder about a specific axis.

한국공개특허 제10-2011-0059980호 "샘플홀더 2축 스테이지 시스템 및 그 시스템을 이용한 샘플홀더 이동 방법"에는 2축 회전 스테이지를 이용함으로써 샘플홀더를 2개의 축을 기준으로 각각 회전시켜 샘플홀더에 고정된 시편을 원하는 위치에 이동시키는 시스템이 개시된다.In Korean Patent Publication No. 10-2011-0059980 "Sample Holder 2-Axis Stage System and Sample Holder Movement Method Using the System", a sample holder is rotated about two axes and fixed to the sample holder by using a 2-axis rotation stage. A system is disclosed for moving a prepared specimen to a desired location.

그러나, 종래의 2축 회전 스테이지를 이용하는 장비의 경우 회전 중심과 회전축의 작은 오차에 대하여 회전 결과의 정렬 위치 변형이 커서 회전 전/후를 연결 짓는 기술이 적용되기 어렵고, 기술적 요구도 적은 편이다.However, in the case of the equipment using the conventional two-axis rotation stage, the alignment position deformation of the rotation result is large with respect to a small error between the rotation center and the rotation axis, so that a technique for connecting before and after the rotation is difficult to apply, and the technical requirements are less.

따라서, 회전 전/후의 위치 변형을 최소화 하고 회전 중심과 회전축의 정밀한 설정이 가능한 회전축 정렬 기술이 요구되고 있다.Therefore, there is a need for a rotation axis alignment technology capable of minimizing position deformation before and after rotation and precise setting of the rotation center and rotation axis.

2축 회전 스테이지에 대한 회전 전/후의 위치 변형을 최소화 하고 회전 중심과 회전축을 정밀하게 정렬하는 회전축 정렬 방법을 제공한다.It provides a rotation axis alignment method that minimizes the positional deformation before and after rotation about the two-axis rotation stage and precisely aligns the rotation center and the rotation axis.

정렬 마크와 CCD 카메라를 이용하여 스테이지 상의 3차원 좌표계를 설정하고 스테이지 이동에 대한 정렬 마크의 이동을 추적하여 스테이지 상의 회전축에 대한 3차원 좌표계를 설정하는 회전축 정렬 방법을 제공한다.It provides a rotation axis alignment method for setting a three-dimensional coordinate system on the stage by using the alignment mark and the CCD camera, and sets the three-dimensional coordinate system with respect to the axis of rotation on the stage by tracking the movement of the alignment mark with respect to the stage movement.

2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 결정하는 스테이지 제어 방법에 있어서, 2축 회전 스테이지는 일 축이 CCD 카메라에 수직한 방향이고 다른 축이 일 축과 수직한 축으로 구성되며, CCD 카메라와 대향(對向)하여 2축 회전 스테이지와 CCD 카메라의 사이에 정렬 마크를 위치시키는 것을 특징으로 하며, 이때 스테이지 제어 방법은 CCD 카메라를 통해 정렬 마크가 촬영된 CCD 영상을 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.In the stage control method for determining the rotation axis and rotation center of the two-axis rotation stage, the two-axis rotation stage is composed of an axis in which one axis is perpendicular to the CCD camera and the other axis is perpendicular to the one axis, and faces the CCD camera. (Iii) positioning the alignment mark between the two-axis rotation stage and the CCD camera, wherein the stage control method includes a rotation axis of the two-axis rotation stage using a CCD image photographed by the CCD camera. Determining azimuth and rotation center coordinates.

일 측면에 따르면, 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계는, (1) 다른 축이 초기 값으로 고정된 상태에서 정렬 마크가 촬영된 회전 전 이미지를 입력 받는 단계; (2) 다른 축이 일정 각도 회전된 상태에서 정렬 마크가 촬영된 회전 후 이미지를 입력 받는 단계; (3) 회전 전 이미지를 오일러 공식을 이용하여 일정 각도 회전시키는 단계; 및 (4) 회전 후 이미지와 (3) 단계에서 회전된 회전 전 이미지의 정렬 마크의 위치 차이를 통해 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 구하는 단계를 포함할 수 있다.According to one aspect, the step of determining the rotation axis azimuth and the rotation center coordinates of the two-axis rotation stage, (1) receiving an image before rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is fixed to an initial value; (2) receiving an image after the rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is rotated by an angle; (3) rotating the image before rotation by an angle using the Euler formula; And (4) obtaining a rotation axis azimuth and rotation center coordinates through the positional difference between the alignment mark of the image after the rotation and the image before the rotation rotated in the step (3).

다른 측면에 따르면, 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계는, (5) (4) 단계에서 계산된 회전축 방위각을 초기 값으로 하여 (1) 단계 내지 (4) 단계를 반복하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to another aspect, the step of determining the rotation axis azimuth and rotation center coordinates of the two-axis rotation stage, repeating steps (1) to (4) using the rotation axis azimuth calculated in step (5) (4) as an initial value It may further comprise the step.

또 다른 측면에 따르면, 정렬 마크는 2축 회전 스테이지의 관측 영역 중심에서 일정 거리 이내에 위치한 복수의 점으로 구성될 수 있다.According to another aspect, the alignment mark may be composed of a plurality of points located within a distance from the center of the viewing area of the biaxial rotation stage.

2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 결정하는 스테이지 제어 장치는 2축 회전 스테이지의 일 축과 수직한 방향에 위치하는 CCD 카메라; CCD 카메라와 대향(對向)하여 2축 회전 스테이지와 CCD 카메라의 사이에 위치하는 정렬 마크; 및 CCD 카메라를 통해 정렬 마크가 촬영된 CCD 영상을 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 컴퓨터를 포함할 수 있다. 이때, 2축 회전 스테이지는 일 축이 CCD 카메라에 수직한 방향이고 다른 축이 일 축과 수직한 축으로 구성될 수 있다.The stage control apparatus for determining the rotation axis and rotation center of the two-axis rotation stage includes a CCD camera located in a direction perpendicular to one axis of the two-axis rotation stage; An alignment mark facing the CCD camera and positioned between the biaxial rotation stage and the CCD camera; And a computer configured to determine a rotation axis azimuth and rotation center coordinates of the two-axis rotation stage by using the CCD image photographed by the CCD camera. At this time, the two-axis rotation stage may be composed of an axis in which one axis is perpendicular to the CCD camera and the other axis is perpendicular to the one axis.

본 발명의 실시예에 따르면, 정렬 마크를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 정밀하게 정렬함으로써 회전 전/후의 위치 변형을 최소화할 수 있으며, 회전 중심과 회전축의 정밀한 설정이 가능하여 회전체 분석 장비 등과 같이 2축 회전 스테이지를 이용환 장비의 활용 범위가 확장될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by precisely aligning the rotation axis and the rotation center of the two-axis rotation stage by using the alignment mark, it is possible to minimize the position deformation before and after the rotation, it is possible to precise setting of the rotation center and rotation axis Like the entire analysis equipment, the use range of the equipment using the two-axis rotation stage can be extended.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정렬 마크와 CCD 카메라를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축을 정렬하기 위한 전체 시스템 구성도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 있어서, 2축 회전 스테이지의 회전축에 대한 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정렬 마크의 다양한 모양을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 있어서, 도 3에 도시된 모양의 정렬 마크를 적용한 알고리즘 결과를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정렬 마크와 CCD 카메라를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축을 정렬하는 방법을 도시한 흐름도이다.1 is a diagram illustrating an overall system configuration for aligning a rotation axis of a two-axis rotation stage using an alignment mark and a CCD camera according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a conceptual diagram for the rotation axis of the two-axis rotation stage in one embodiment of the present invention.
3 illustrates various shapes of alignment marks in an embodiment of the present invention.
FIG. 4 illustrates an algorithm result of applying an alignment mark having the shape shown in FIG. 3 according to one embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of aligning a rotation axis of a two-axis rotation stage using an alignment mark and a CCD camera according to one embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 정밀하게 정렬하는 알고리즘에 관한 것이다. 본 실시예들은 2축 회전 스테이지를 이용한 3차원 형상 복원 장치 등 이동을 위한 스테이지 시스템으로서 2축 회전 스테이지를 이용하는 모든 장비에 적용될 수 있다.The present invention relates to an algorithm for precisely aligning a rotation axis and a rotation center of a two-axis rotation stage. The present embodiments can be applied to all equipment using a two-axis rotation stage as a stage system for movement, such as a three-dimensional shape restoration apparatus using a two-axis rotation stage.

도 1은 본 발명의 일실시예에 있어서, 정렬 마크와 CCD 카메라를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축을 정렬하기 위한 스테이지 제어 장치의 전체 구성도를 도시한 것이다.FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a stage control apparatus for aligning a rotation axis of a two-axis rotation stage by using an alignment mark and a CCD camera in an embodiment of the present invention.

일실시예에 따른 스테이지 제어 장치는 시료(sample)를 원하는 위치에 이동시키기 위한 스테이지 시스템(10)을 포함한다. 이때, 스테이지 시스템(10)은 2축 회전 스테이지(11)로 구성된다.The stage control apparatus according to one embodiment includes a stage system 10 for moving a sample to a desired position. At this time, the stage system 10 is comprised by the biaxial rotation stage 11.

도 1을 참조하면, 스테이지 제어 장치는 2축 회전 스테이지(11)의 회전축과 회전 중심을 정렬하기 위한 구성으로, CCD 카메라(20), 프레임 그래버(frame grabber)(40), 컴퓨터(computer)(50), 스테핑 모터 컨트롤러(stepping motor controller)로 구성될 수 있다. 이때, CCD 카메라(20)는 2축 회전 스테이지(11)의 일 축과 수직한 방향에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 1, the stage control apparatus is configured to align the rotation axis and the rotation center of the two-axis rotation stage 11, and includes a CCD camera 20, a frame grabber 40, and a computer ( 50), and may be configured as a stepping motor controller. In this case, the CCD camera 20 may be positioned in a direction perpendicular to one axis of the biaxial rotation stage 11.

특히, 본 실시예에서는 CCD 카메라(20)와 대향하는 위치, 그리고 2축 회전 스테이지(11)와 CCD 카메라(20) 사이에 정렬 마크(30)를 위치시킬 수 있다. 일 예로, 정렬 마크(30)는 2축 회전 스테이지(11)의 샘플 홀더 상에 위치할 수 있다. 이때, 정렬 마크(30)는 2축 회전 스테이지(11) 상의 관측 영역(샘플 홀더) 중심에서 20% 내지 70% 이내의 거리에 위치한 점들로 구성된 것이다(도 3 참조).In particular, in this embodiment, the alignment mark 30 can be positioned between the position opposite to the CCD camera 20 and between the biaxial rotation stage 11 and the CCD camera 20. As an example, the alignment mark 30 may be located on the sample holder of the biaxial rotation stage 11. At this time, the alignment mark 30 is composed of points located within a distance of 20% to 70% from the center of the viewing area (sample holder) on the biaxial rotation stage 11 (see FIG. 3).

프레임 그래버(40)는 CCD 카메라(20)를 통해 나타나는 아날로그 영상 신호를 샘플당 정의된 비트로 디지털화 하여 컴퓨터(50)가 처리할 수 있는 신호로 바꾸어 주는 영상 장비이다. 이에, 컴퓨터(50)는 CCD 카메라(20)에서 촬영된 정렬 마크 이미지를 이용하여 2축 회전 스테이지(11)의 회전축과 3차원 좌표계를 설정할 수 있다. 일 예로, 컴퓨터(50)는 2축 회전 스테이지(11)가 초기 값으로 고정된 상태에서 정렬 마크(30)가 촬영된 회전 전 이미지와 2축 회전 스테이지(11)가 일정 각도 회전한 상태에서 정렬 마크(30)가 촬영된 회전 후 이미지로부터 2축 회전 스테이지(11)의 이동에 대한 정렬 마크(30)의 위치를 추적하여 2축 회전 스테이지(11)의 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 구할 수 있다.The frame grabber 40 is an imaging device that digitizes an analog video signal appearing through the CCD camera 20 into a signal defined by a sample and converts the signal into a signal that can be processed by the computer 50. Accordingly, the computer 50 may set the rotation axis and the three-dimensional coordinate system of the two-axis rotation stage 11 by using the alignment mark image photographed by the CCD camera 20. For example, the computer 50 aligns the pre-rotation image in which the alignment mark 30 is photographed with the biaxial rotation stage 11 rotated by a predetermined angle while the biaxial rotation stage 11 is fixed to an initial value. The rotation axis azimuth and rotation center coordinates of the biaxial rotation stage 11 may be obtained by tracking the position of the alignment mark 30 with respect to the movement of the biaxial rotation stage 11 from the image after the rotation in which the mark 30 is photographed. .

그리고, 스테핑 모터 컨트롤러(60)는 2축 회전 스테이지(11)의 회전 이동을 제어하는 것으로, 컴퓨터(50)의 제어 하에 2축 회전 스테이지(11)의 모터 구동을 제어함으로써 2축 회전 스테이지(11)의 회전축 방위각과 회전 중심을 정밀하게 정렬할 수 있다.Then, the stepping motor controller 60 controls the rotational movement of the biaxial rotation stage 11, and by controlling the motor drive of the biaxial rotation stage 11 under the control of the computer 50, the biaxial rotation stage 11. ) Can accurately align the rotation axis azimuth angle and rotation center.

2축 회전 스테이지(11)의 회전축이 CCD 상에서 어느 위치인지 정밀하게 알아야 한다. 이에, 본 발명은 2축 회전 스테이지(11)와 CCD 간의 정렬에 있어서 회전축과 회전 중심 간에 오차가 발생하였을 때 그 회전축이 어느 방향인지를 계산하는 방법에 관한 것이다. 본 명세서에서, '실제 회전축'이라 함은 CCD 상에서의 회전 축 방향을 의미하는 것이다. 회전축의 방향과 위치를 정확히 알아야 샘플을 회전하며 측정하고, 다시 복원을 하였을 때 일그러짐이 없이 복원이 가능하다.It is necessary to know precisely where the rotation axis of the biaxial rotation stage 11 is on the CCD. Accordingly, the present invention relates to a method for calculating which direction the rotation axis is when an error occurs between the rotation axis and the rotation center in the alignment between the biaxial rotation stage 11 and the CCD. In this specification, the term 'actual rotation axis' refers to the direction of the rotation axis on the CCD. It is necessary to know the direction and position of the axis of rotation so that the sample can be rotated and measured and restored without distortion when restored.

2축 회전 스테이지(11)의 회전축은 도 2에 도시한 바와 같다.The rotation axis of the biaxial rotation stage 11 is as shown in FIG.

2축 회전 스테이지(11) 중 하나의 축(제1 회전축)은 CCD 카메라(20)에 수직한 방향(광축)이고, 다른 하나의 축(제2 회전축)은 광축에 수직한 임의의 축으로 구성될 수 있다.One axis (first rotation axis) of the two-axis rotation stage 11 is a direction perpendicular to the CCD camera 20 (optical axis), and the other axis (second rotation axis) is composed of any axis perpendicular to the optical axis. Can be.

본 발명에서는 2축 회전 스테이지(11)의 회전 이동에 따른 CCD 카메라(20)의 측정 결과 이미지를 가지고 2축 회전 스테이지(11) 상의 3차원 좌표계를 설정하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, it is characterized in that the three-dimensional coordinate system on the two-axis rotation stage 11 is set with an image of the measurement result of the CCD camera 20 according to the rotational movement of the two-axis rotation stage 11.

2축 회전 스테이지(11)에서 스테이지 이동에 따른 측정 변수는 다음과 같이 정의한다.The measurement variable according to the stage movement in the biaxial rotation stage 11 is defined as follows.

(1) (x0,y0,z0): 스테이지 상의 회전축을 지나는 임의의 한 점(1) (x 0 , y 0 , z 0 ): any point along the axis of rotation on the stage

(2) φ: 제2 회전축과 실제 회전축과의 각도(2) φ: angle between the second rotary shaft and the actual rotary shaft

(3) θ: 제1 회전축(광축)과 실제 회전축과의 각도(3) θ: angle between the first rotation axis (optical axis) and the actual rotation axis

(4) α: 제2 회전축의 회전 각도(4) α: rotation angle of the second rotation shaft

컴퓨터(50)는 2축 회전 스테이지(11)의 초기 상태에서 CCD 카메라(20)를 통해 촬영된 정렬 마크 이미지(이하, '회전 전 이미지'라 칭함)를 획득하고, 이후 소정 각도(α)만큼 2축 회전 스테이지(11)를 회전시킨 상태에서 CCD 카메라(20)를 통해 촬영된 정렬 마크 이미지(이하, '회전 후 이미지'라 칭함)를 획득할 수 있다. 그리고, 컴퓨터(50)는 회전 전 이미지와 회전 후 이미지를 이용하여 2축 회전 스테이지(11)의 회전 량과 정렬 마크의 이동 위치를 통해 2축 회전 스테이지(11)의 회전축에 대한 3차원 좌표계를 설정할 수 있다.The computer 50 acquires an alignment mark image (hereinafter referred to as an image before rotation) taken by the CCD camera 20 in the initial state of the biaxial rotation stage 11, and then by a predetermined angle α. It is possible to obtain an alignment mark image (hereinafter, referred to as an image after rotation) photographed by the CCD camera 20 while the biaxial rotation stage 11 is rotated. Then, the computer 50 uses the pre-rotation image and the post-rotation image to calculate a three-dimensional coordinate system with respect to the rotation axis of the two-axis rotation stage 11 through the amount of rotation of the two-axis rotation stage 11 and the moving position of the alignment mark. Can be set.

따라서, 2축 회전 스테이지(11)의 회전축 방위각은 (θ, φ)이고, 회전 중심은 (x0,y0,z0)이다.Therefore, the rotation axis azimuth angle of the biaxial rotation stage 11 is (θ, φ), and the rotation center is (x 0 , y 0 , z 0 ).

다시 말해, 아래와 같은 순서로 2축 회전 스테이지(11)의 회전축과 3차원 좌표계를 설정할 수 있다.In other words, the rotation axis and the three-dimensional coordinate system of the two-axis rotation stage 11 may be set in the following order.

(1) 정렬 패턴을 이용하여 제2 회전축을 기준으로 회전 전 이미지와 회전 후 이미지를 획득한다. 이때, 회전 전 이미지는 제2 회전축이 초기 값으로 고정된 상태에서의 정렬 마크 이미지이고, 회전 후 이미지는 제2 회전축이 일정 각도 회전한 상태에서의 정렬 마크 이미지이다. (1) An image before rotation and an image after rotation are obtained based on the second rotation axis using the alignment pattern. In this case, the image before rotation is an alignment mark image in a state in which the second rotation axis is fixed to an initial value, and the image after rotation is an alignment mark image in a state in which the second rotation axis is rotated by an angle.

(2) 회전축으로 예상되는 임의의 축 방향으로 회전 전 이미지를 오일러 공식을 이용하여 일정 각도 회전시킨다.(2) The image before rotation is rotated by an angle using Euler's formula in any axial direction expected by the axis of rotation.

(3) (1)의 회전 후 이미지와 (2)의 결과와의 차이를 구한 후, 최소가 되는 축, 즉 회전 축의 방향을 피팅(fitting)을 통하여 구한다.(3) After obtaining the difference between the image after the rotation of (1) and the result of (2), the direction of the axis which is the minimum, that is, the rotation axis, is obtained through fitting.

(4) (3)의 결과에서 계산된 축의 방향을 초기값으로 하여 (1) 내지 (3)의 과정을 반복 수행하면서 다시 피팅을 수행한다.(4) The fitting is performed again while repeating the process of (1) to (3) with the initial direction of the axis calculated from the result of (3) as the initial value.

도3은 다양한 모양(310~340)의 정렬 마크를 보여주며, 이와 같은 정렬 마크에 대하여 위의 알고리즘을 적용한 결과는 도4와 같다. 이는, 실제 회전축은 φ = 37도, θ = 88도, (x0 y0 z0) = (-3.94267241327746 5 4)이며 초기 조건으로 φ = 55도, θ = 70도, (x0 y0 z0) = (0 10 10)을 입력하여 결과를 도출한 것이다. 이 결과를 다시 초기값으로 하여 피팅을 수행하면 정렬 마크 형태와 관계 없이 아래와 같은 결과를 얻을 수 있으며, 이 결과는 실제 회전축과 같은 것을 알 수 있다.3 shows alignment marks of various shapes 310 to 340, and the result of applying the above algorithm to the alignment marks is as shown in FIG. 4. This means that the actual axis of rotation is φ = 37 degrees, θ = 88 degrees, (x 0 y 0 z 0 ) = (-3.94267241327746 5 4) and φ = 55 degrees, θ = 70 degrees, (x 0 y 0 z as initial conditions Enter 0 ) = (0 10 10) to derive the result. If the fitting is performed with this result as the initial value, the following result can be obtained regardless of the alignment mark shape, and the result is the same as the actual rotation axis.

φ = 37.0000000753446e+000 φ = 37.0000000753446e + 000

θ = 88.0000000322788e+000θ = 88.0000000322788e + 000

(x0, y0 , z0) = -3.942672143492 4.999999620363 4.000000197466(x 0, y 0 , z 0 ) = -3.942672143492 4.999999620363 4.000000197466

error = 43.5684420414390e-009error = 43.5684420414390e-009

calculation time = 0.084258 seconds.calculation time = 0.084258 seconds.

상기한 구성에 의하면, 본 실시예에서는 2축 회전 스테이지의 회전 이동에 대한 정렬 마크의 이동을 추적하여 스테이지 상의 회전축에 대한 3차원 좌표계를 설정할 수 있다.According to the above configuration, in the present embodiment, the movement of the alignment mark with respect to the rotational movement of the two-axis rotation stage can be tracked to set a three-dimensional coordinate system with respect to the rotational axis on the stage.

도 5는 본 발명의 일실시예에 있어서, 정렬 마크와 CCD 카메라를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축을 정렬하는 방법을 도시한 흐름도이다. 일실시예에 따른 2축 회전 스테이지의 회전축 정렬 방법은 도 1을 통해 설명한 스테이지 제어 장치에 의해 각각의 단계가 수행될 수 있다.FIG. 5 is a flowchart illustrating a method of aligning a rotation axis of a two-axis rotation stage using an alignment mark and a CCD camera according to one embodiment of the present invention. In the rotating shaft alignment method of the two-axis rotation stage according to an embodiment, each step may be performed by the stage control apparatus described with reference to FIG. 1.

단계(S1)과 단계(S2)에서 스테이지 제어 장치는 CCD 카메라와 2축 회전 스테이지 사이에 정렬 마크를 고정시킨 상태에서 2축 회전 스테이지를 초기 조건으로 정렬한 후 CCD 영상(회전 전 이미지)을 획득한다.In step S1 and step S2, the stage control device acquires a CCD image (image before rotation) after aligning the two-axis rotation stage to an initial condition with the alignment mark fixed between the CCD camera and the two-axis rotation stage. do.

단계(S3)과 단계(S4)에서 스테이지 제어 장치는 2축 회전 스테이지를 임의 각도(α)만큼 이동시킨 후, CCD 영상(회전 후 이미지)을 획득한다.In step S3 and step S4, the stage control apparatus moves the two-axis rotation stage by an arbitrary angle α, and then acquires a CCD image (image after rotation).

단계(S5)에서 스테이지 제어 장치는 회전 전 이미지와 회전 후 이미지를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전 각도와 정렬 마크의 이동 위치를 통해 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심을 결정할 수 있다. 따라서, 2축 회전 스테이지의 회전축 방위각과 회전 중심을 정밀하게 결정하는 방법으로 정렬 마크의 위치 변위를 보정할 수 있다.In operation S5, the stage control apparatus may determine the rotation axis azimuth and the rotation center of the two-axis rotation stage through the rotation angle of the two-axis rotation stage and the movement position of the alignment mark using the image before the rotation and the image after the rotation. Therefore, the positional displacement of the alignment mark can be corrected by the method of accurately determining the rotation axis azimuth angle and rotation center of the two-axis rotation stage.

이와 같이, 본 실시예에 따르면, 본 발명의 실시예에 따르면, 정렬 마크를 이용하여 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 정밀하게 정렬함으로써 회전 전/후의 위치 변형을 최소화할 수 있으며, 회전 중심과 회전축의 정밀한 설정이 가능하여 회전체 분석 장비 등과 같이 2축 회전 스테이지를 이용환 장비의 활용 범위가 확장될 수 있다.As such, according to the present embodiment, according to the embodiment of the present invention, by precisely aligning the rotation axis and the rotation center of the two-axis rotation stage by using the alignment mark, it is possible to minimize the position deformation before and after rotation, and the rotation center Precise setting of the rotational axis and the use of the two-axis rotation stage, such as a rotating body analysis equipment can be expanded the range of application.

본 발명의 실시예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 또한, 상술한 파일 시스템은 컴퓨터 판독이 가능한 기록 매체에 기록될 수 있다.Methods according to an embodiment of the present invention may be implemented in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be those specially designed and constructed for the present invention or may be available to those skilled in the art of computer software. In addition, the above-described file system can be recorded in a computer-readable recording medium.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, but the present invention is not limited to the above embodiments, and those skilled in the art to which the present invention pertains various modifications and variations from such descriptions. This is possible.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

10: 스테이지 시스템
11: 2축 회전 스테이지
20: CCD 카메라
30: 정렬 마크
40: 프레임 그래버
50: 컴퓨터
60: 스테핑 모터 컨트롤러10: stage system
11: 2-axis rotation stage
20: CCD camera
30: alignment mark
40: frame grabber
50: computer
60: stepping motor controller

Claims (6)

2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 결정하는 스테이지 제어 방법에 있어서,
상기 2축 회전 스테이지는 일 축이 CCD 카메라에 수직한 방향이고 다른 축이 상기 일 축과 수직한 축으로 구성되며,
상기 CCD 카메라와 대향(對向)하여 상기 2축 회전 스테이지와 상기 CCD 카메라의 사이에 정렬 마크를 위치시키고,
상기 스테이지 제어 방법은,
상기 CCD 카메라를 통해 상기 정렬 마크가 촬영된 CCD 영상을 이용하여 상기 2축 회전 스테이지의 이동에 따른 상기 정렬 마크의 위치를 추적함으로써 상기 2축 회전 스테이지의 회전축에 대한 3차원 좌표계인 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계
를 포함하고,
상기 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 단계는,
(1) 상기 다른 축이 초기 값으로 고정된 상태에서 상기 정렬 마크가 촬영된 회전 전 이미지를 입력 받는 단계;
(2) 상기 다른 축이 일정 각도 회전된 상태에서 상기 정렬 마크가 촬영된 회전 후 이미지를 입력 받는 단계;
(3) 상기 회전 전 이미지를 오일러 공식을 이용하여 상기 일정 각도 회전시키는 단계;
(4) 상기 회전 후 이미지와 상기 (3) 단계에서 회전된 회전 전 이미지의 상기 정렬 마크의 위치 차이를 통해 상기 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 구하는 단계; 및
(5) 상기 (4) 단계에서 계산된 상기 회전축 방위각을 상기 초기 값으로 하여 상기 (1) 단계 내지 상기 (4) 단계를 반복하는 단계
를 포함하며,
상기 회전축 방위각은 (θ, φ)(여기서, θ는 상기 일 축과 상기 CCD 카메라 상에서의 실제 회전축이 이루는 각도이고, φ는 상기 다른 축과 상기 CCD 카메라 상에서의 실제 회전축이 이루는 각도임)이고, 상기 회전 중심 좌표는 상기 2축 회전 스테이지의 회전축을 지나는 임의의 한 점(x0,y0,z0)인 것
을 특징으로 하는 스테이지 제어 방법.In the stage control method for determining the rotation axis and rotation center of the two-axis rotation stage,
The two-axis rotation stage is composed of an axis in which one axis is perpendicular to the CCD camera and the other axis is perpendicular to the one axis,
An alignment mark is placed between the biaxial rotation stage and the CCD camera so as to face the CCD camera;
The stage control method,
Rotation axis azimuth and rotation, which is a three-dimensional coordinate system with respect to the rotation axis of the two-axis rotation stage, by tracking the position of the alignment mark according to the movement of the two-axis rotation stage by using the CCD image of the alignment mark photographed by the CCD camera. Steps to determine center coordinates
Lt; / RTI >
Determining the rotation axis azimuth and rotation center coordinates,
(1) receiving an image before rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is fixed to an initial value;
(2) receiving an image after rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is rotated by an angle;
(3) rotating the image before rotation by the constant angle using an Euler formula;
(4) obtaining the rotation axis azimuth and rotation center coordinates through the positional difference between the post-rotation image and the alignment mark of the pre-rotation image rotated in step (3); And
(5) repeating steps (1) to (4) with the rotation axis azimuth calculated in step (4) as the initial value;
Including;
The rotation axis azimuth is (θ, φ) (where θ is the angle formed by the one axis and the actual rotation axis on the CCD camera, φ is the angle formed by the other axis and the actual rotation axis on the CCD camera), The rotation center coordinate is any one point (x 0 , y 0 , z 0 ) passing through the rotation axis of the biaxial rotation stage.
Stage control method characterized in that. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 정렬 마크는,
상기 2축 회전 스테이지의 관측 영역 중심에서 일정 거리 이내에 위치한 복수의 점으로 구성된 것
을 특징으로 하는 스테이지 제어 방법.The method of claim 1,
The alignment mark,
Composed of a plurality of points located within a certain distance from the center of the observation region of the two-axis rotation stage
Stage control method characterized in that. 2축 회전 스테이지의 회전축과 회전 중심을 결정하는 스테이지 제어 장치에 있어서,
상기 2축 회전 스테이지의 일 축과 수직한 방향에 위치하는 CCD 카메라;
상기 CCD 카메라와 대향(對向)하여 상기 2축 회전 스테이지와 상기 CCD 카메라의 사이에 위치하는 정렬 마크; 및
상기 CCD 카메라를 통해 상기 정렬 마크가 촬영된 CCD 영상을 이용하여 상기 2축 회전 스테이지의 이동에 따른 상기 정렬 마크의 위치를 추적함으로써 상기 2축 회전 스테이지의 회전축에 대한 3차원 좌표계인 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 결정하는 컴퓨터
를 포함하고,
상기 2축 회전 스테이지는,
상기 일 축이 상기 CCD 카메라에 수직한 방향이고 다른 축이 상기 일 축과 수직한 축으로 구성되며,
상기 컴퓨터는,
(1) 상기 다른 축이 초기 값으로 고정된 상태에서 상기 정렬 마크가 촬영된 회전 전 이미지를 입력 받고, (2) 상기 다른 축이 일정 각도 회전된 상태에서 상기 정렬 마크가 촬영된 회전 후 이미지를 입력 받고, (3) 상기 회전 전 이미지를 오일러 공식을 이용하여 상기 일정 각도 회전시키고, (4) 상기 회전 후 이미지와 상기 (3) 과정에서 회전된 회전 전 이미지의 상기 정렬 마크의 위치 차이를 통해 상기 회전축 방위각과 회전 중심 좌표를 구하고, (5) 상기 (4) 과정에서 계산된 상기 회전축 방위각을 상기 초기 값으로 하여 상기 (1) 과정 내지 상기 (4) 과정을 반복하며,
상기 회전축 방위각은 (θ, φ)(여기서, θ는 상기 일 축과 상기 CCD 카메라 상에서의 실제 회전축이 이루는 각도이고, φ는 상기 다른 축과 상기 CCD 카메라 상에서의 실제 회전축이 이루는 각도임)이고, 상기 회전 중심 좌표는 상기 2축 회전 스테이지의 회전축을 지나는 임의의 한 점(x0,y0,z0)인 것
을 특징으로 하는 스테이지 제어 장치.In the stage control device for determining the rotation axis and rotation center of the two-axis rotation stage,
A CCD camera positioned in a direction perpendicular to one axis of the biaxial rotation stage;
An alignment mark facing the CCD camera and positioned between the biaxial rotation stage and the CCD camera; And
Rotation axis azimuth and rotation, which is a three-dimensional coordinate system with respect to the rotation axis of the two-axis rotation stage, by tracking the position of the alignment mark according to the movement of the two-axis rotation stage by using the CCD image of the alignment mark photographed by the CCD camera. Computer to determine center coordinates
Lt; / RTI >
The two axis rotation stage,
The one axis is a direction perpendicular to the CCD camera and the other axis is an axis perpendicular to the one axis,
The computer,
(1) receiving an image before rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is fixed to an initial value, and (2) image after rotation in which the alignment mark is photographed while the other axis is rotated by an angle. (3) rotate the image before rotation by a predetermined angle using Euler's formula, and (4) through the position difference between the alignment mark of the image after rotation and the image before rotation rotated in step (3). Obtaining the rotation axis azimuth and the rotation center coordinates, (5) repeating the steps (1) to (4) using the rotation axis azimuth calculated in the step (4) as the initial value,
The rotation axis azimuth is (θ, φ) (where θ is the angle formed by the one axis and the actual rotation axis on the CCD camera, φ is the angle formed by the other axis and the actual rotation axis on the CCD camera), The rotation center coordinate is any one point (x 0 , y 0 , z 0 ) passing through the rotation axis of the biaxial rotation stage.
Stage control apparatus characterized in that. 삭제delete
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