KR101854177B1 - 부품에 대한 가공 기구 위치 정렬 장치 및 방법 - Google Patents

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베른하르트 독터. 무쉬
토마스 칼버러
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덕터 요한네스 하이덴하인 게엠베하
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Abstract

본 발명은 부품에 대한 가공 기구의 위치 정렬 장치 및 방법에 관한 것이다. 이때 제1 물체 상에는 물체-정렬 마크와 상기 부품이 배치된다. 또한, 상기 부품 상에는 부품-정렬 마크가 배치된다. 상기 제1 물체에 대향하여 적어도 하나의 이동 방향을 따라서 이동할 수 있게 배치되는 제2 물체 상에는 상기 가공 기구가 배치되고, 상기 가공 기구에 의하여 상기 물체-정렬 마크가 검출 가능하다. 또한, 상기 제2 물체 상에는, 상기 물체-정렬 마크 및 상기 부품-정렬 마크를 검출할 수 있는 정렬 센서가 배치된다. 또한, 상기 제2 물체에는, 상기 적어도 하나의 이동 방향을 따라 신장하는 스캐닝 가능한 측정 도구가 배치된다. 상기 제1 물체에는 상기 측정 도구의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛이 배치되어, 상기 이동 방향을 따라 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치를 결정하며, 상기 두 개의 스캐닝 유닛은 소정의 오프셋을 가진다

Description

부품에 대한 가공 기구 위치 정렬 장치 및 방법{Processing implement position alignment device for component and method thereof}
본 발명은 부품에 대한 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
반도체 소자의 제조 및/또는 검사에 사용되는 기계 장비에서는, 부품에 대하여 가공 기구를 정밀하게 위치 정렬하는 작업이 종종 요구된다. 이에 따라 예를 들어 웨이퍼 형태의 부품을 매우 정밀하게 기구의 하부에 위치 정렬시키는 것이 요구될 수 있다. 이에 해당하는 장치가 도 1에 간략하게 도시된다. 여기서 웨이퍼 내지 부품(WS)은 기계의 제1 물체(O1) 상에, 즉, 테이블 상에 배치된다. 또한 상기 제1 물체(O1)에는 물체-정렬 마크(M1)가 구비된다; 이는 예를 들어 상기 테이블에 원형의 리세스 형태로 형성되거나 상기 테이블에 고정된 디스크에 리소그래피 방식으로 제조된 미세구조로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 물체(O1)에 위치한 부품(WS), 즉 각각의 웨이퍼 상에는 부품-정렬 마크(M2)가 배치되며, 이는 예를 들어 국부적으로 한정적인 미세 구조로 형성된다.
상기 기계 설비에서, 상기 제1 물체(O1)에 대하여 적어도 하나의 이동 방향(x)으로 이동할 수 있은 제2 물체(O2), 즉 해당 기계 부품이 구비된다. 상기 두 물체(O1, O2) 사이의 상대적 이동은 예를 들어 상기 물체(O1), 상기한 예에서는 테이블을 적어도 상기 이동 방향(x)으로 이동할 수 있게 배치함으로써 보장된다; 이에 반하여 상기 제2 물체(O2)는 정지 상태로 배치된다.
상기 제2 물체(O2)에는 가공 기구(B) 및 정렬 센서(W)가 구비된다. 상기 가공 기구(B)에 의해서 제조 공정 중 부품의 가공 또는 검사가 가능하다.
상기 정렬 센서(W)는 예를 들어 현미경 또는 전자 이미지 센서를 구비하는 카메라로 형성된다. 상기 정렬 센서(W)에 의해서 상기 물체-정렬 마크(M1)는 물론 부품-정렬 마크(M2)를 검출하는 것이 가능하다. 다시 말해, 상기 이동 방향(x)을 따라 상기 정렬 센서(W)의 위치가 상기 물체-정렬 마크(M1)의 위치 내지 상기 부품-정렬 마크(M2)의 위치와 일치하는 경우, 해당 정렬 신호가 상기 정렬 센서(W)에 의해서 발생될 수 있다. 이때 상기 정렬 신호는 후속 공정을 위해서 근방에 배치된 제어부(도 1에 미도시)로 전달될 수 있다.
상기 가공 기구(B)의 위치가 상기 이동 방향(x)를 따라 상기 물체-정렬 마크(M1)의 위치와 일치하는 경우, 도 1에 도시되지 않은, 추가적인 센서 부재에 의해서 또 다른 정렬 신호를 발생시킬 수 있다. 이는 예를 들어 상기 물체-정렬 마크(M1)의 쪽에도 현미경 또는 전자 이미지 센서를 구비하는 카메라를 배치함으로써 이루어질 수 있다. 상기 가공 기구(B)가 광선을 방출할 경우, 센서 부재로는 상기 물체-정렬 마크(M1)로부터 반사, 전달, 또는 확산된 광선을 검출하는 적절한 광선 검출기가 사용될 수 있다. 거꾸로, 상기 물체-정렬 마크(M1)도 상기 가공 기구(B) 내부에 배치되는 광선 검출기를 통해서 검출될 수 있는 광선을 방출할 수도 있다. 또는, 이러한 정렬 신호를 발생시키기 위하여 상기 가공 기구(B)와 상기 물체-정렬 마크(M1) 사이의 기계적 연결이 전기적 접촉 전류 또는 적절한 힘 센서에 의해서 검출될 수 있다.
상기 제1 물체(O1) 및 상기 제2 물체(O2) 사이의 상대적 위치를 결정하기 위하여 상기 제2 물체(O2)에는 예를 들어 광학 스캐닝이 가능하고 적어도 상기 이동 방향(x)을 따라 신장하는 측정 도구(measuring standard, S)가 구비될 수 있다. 이때 상기 측정 도구(S)는 예를 들어 공지의 입사광 회절 격자로 형성될 수 있다. 상기 제1 물체(O1)의 쪽에는 상기 측정 도구(S)의 스캐닝을 위한 광학 위치 측정 장치의 스캐닝 유닛(E)이 배치된다. 상기 스캐닝 유닛(E)은 예를 들어 광원, 다수의 광학 요소, 및 검출기를 포함하여 이를 이용하여 공지의 방식으로, 예를 들어 간섭 스캐닝 원리(interferential scanning principle)에 따라 근접 배치된 제어부를 위한 제1 및 제2 물체(O1, O2)의 상대적 위치에 관련된 고정밀한 위치 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 가공 기구(B)에 의한 부품 가공 단계에서는, 상기 부품-정렬 마크(M2)에 대하여 상기 가공 기구(B)의 위치를 매우 정밀하게 조정하는 것이 요구된다. 상기 부품-정렬 마크(M2)에 대하여 상기 가공 기구(B)를 직접적으로 정렬하기 위한 위치 신호를 발생시킬 수 없기 때문에, 상기 위치 결정은 개별적인 눈금 측정(calibration) 단계의 결과를 통해서 실시되어야 한다.
이에 따라 상기 제1 물체(O1)에 대한 상기 가공 기구(B)의 레퍼런싱(referencing)이 상기 물체-정렬 마크(M1)를 이용하여 수행되어야 한다. 또한, 상기 제1 물체(O1)에 대한 상기 정렬 센서(W)의 레퍼런싱이 상기 물체-정렬 마크(M1)를 이용하여 수행되어야 한다. 또한, 마지막으로 상기 부품(WS)에 대한 상기 정렬 센서(W)의 레퍼런싱이 상기 부품-정렬 마크(M2)를 이용하여 수행되어야 한다.
상기한 눈금측정 단계 중의 다양한 기계설비의 위치들 및 후속하는 본 가공 단계에서 상기 광학 위치 측정 장치의 상기 스캐닝 유닛(E)은 도 1에 부재번호 (RA), (RB), (RC), 및 (RD)로 표시된 상기 측정 도구(S)의 영역을 스캐닝한다. 도면에 나타나 있듯이, 상기 영역들은 상기 이동방향(x)을 따라 상기 스캐닝된 측정 도구(S)의 비교적 넓게 펼쳐지는 부분에 위치한다. 이에 따라 상기 영역(RC) 및 (RD) 사이의 간격은 예를 들어 상기 가공 기구(B)와 상기 정렬 센서(W) 사이의 간격
Figure 112013009017027-pat00001
의 범위에 상응하는데, 왜냐하면 상기 부품(WS)의 가공이 상기 부품-정렬 마크(M2)의 부근에서 상기 가공 기구(B)를 이용하여 실시되기 때문이다. 그러나 상기 가공 기구(B)는 상기 정렬 센서(W)로부터 간격
Figure 112013009017027-pat00002
만큼 떨어져서 위치하고, 상기 정렬 센서(W)에 의하여 상기 부품-정렬 마크(M2)가 상기한 세 번째 단계에서 검출될 수 있다. 이에 따라, 상기 가공 기구(B)의 위치 정렬 시, 대략적인 길이
Figure 112013009017027-pat00003
의 측정 도구-부분의 변형으로 인한 측정 오차를 고려해야 한다.
도 2는 사용되는 측정 도구(S)에 존재하는 장파 변형(long-wave deformation)을 예시적으로 도시한다. 또한, 상기 측정 도구(S)가 상기 가공 기구(B)와 정렬되지 않을 경우(아베 오차), 유사한 오차가 기계 작동의 오차에 의해서도 발생한다. 도 3에는 이러한 측정 도구(S)를 사용할 경우 나타나는, 상기에서 설명한 단계에 따른 다양한 기계 위치 지점들에서의 위치 정렬 오차 및 측정 불안정성
Figure 112013009017027-pat00004
을 도시한다. 이 도면에서 보이듯이, 표준 위치 Xrel=0 부근에서의 상응하는 측정 불안정성
Figure 112013009017027-pat00005
은 크다; 여기서 Xrel은 상기 부품-정렬 마크(M2)와 상기 가공 위치 사이의 간격을 가리킨다.
이에 따라, 본 발명의 과제는, 가공 기구의 고정밀한 위치 정렬을 보장하고, 특히 사용되는 측정 도구의 오차로 인한 측정 오차를 최소화하거나 방지할 수 있는, 부품에 대한 가공 기구의 위치 정렬 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기한 과제는 청구항 1항에 기술된 특징들을 포함하는 장치에 의해서 달성될 수 있다.
또한, 상기한 과제는 청구항 8항에 기술된 특징들을 포함하는 방법에 의해서 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치 및 방법의 이점을 가지는 실시예들은 각각의 종속 청구항들에 기술된 방법에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 부품에 대한 가공 기구의 위치 정렬 장치는, 물체-정렬 마크 및 상기 부품이 제1 물체를 포함하고, 상기 부품 상에는 부품-정렬 마크가 배치된다. 또한, 상기 장치는 상기 제1 물체에 대향하여 적어도 하나의 이동 방향을 따라 이동할 수 있게 배치되는 제2 물체를 포함한다. 상기 제2 물체에는 상기 가공 기구가 배치되고, 상기 가공 기구를 통해서 상기 물체-정렬 마크가 검출될 수 있다. 또한, 상기 제2 물체에는 상기 물체-정렬 마크 및 상기 부품-정렬 마크를 검출할 수 있는 정렬 센서가 배치된다. 또한, 상기 제2 물체에는 상기 적어도 하나의 이동 방향을 따라 신장하는 스캐닝 가능한 측정 도구가 배치된다. 상기 제1 물체에는 상기 측정 도구의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛이 배치되어, 상기 이동 방향을 따라 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치를 결정하고, 상기 두 개의 스캐닝 유닛은 소정의 오프셋(offset)을 가진다.
이때, 상기 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋을 상기 가공 기구와 상기 정렬 센서 사이의 간격과 거의 동일하게 할 수 있다.
또한, 상기 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋을 상기 가공 기구와 상기 정렬 센서 사이의 간격과 동일하게 할 수 있다.
상기 두 개의 스캐닝 유닛의 오프셋은 아래의 조건
Figure 112013009017027-pat00006
또는 아래의 조건
Figure 112013009017027-pat00007
을 만족하는 것이 바람직하고, 여기서,
Figure 112018016418553-pat00091
= 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋,
Figure 112013009017027-pat00009
= 상기 가공 기구 및 정렬 센서 사이의 간격이다.
상기 이동 방향을 따라 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치를 결정할 때 스캐닝 유닛들을 선택적으로 구동되도록 형성될 수 있다.
상기 물체-정렬 마크 및/또는 부품-정렬 마크는 미세구조로 형성될 수 있다.
상기 측정 도구는 선도기(linear division) 또는 각도기(angular division) 또는 2차원 교차 격자 측정기(waffle-type graduation)로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른, 부품에 대한 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법에 따르면, 제1 물체 상에는 물체-정렬 마크와 상기 부품이 배치되고, 상기 부품 상에는 부품-정렬 마크가 배치된다. 제2 물체는 상기 제1 물체에 대향하여 적어도 하나의 이동 방향을 따라 이동할 수 있게 배치된다. 상기 제2 물체에는 상기 가공 기구가 배치되고, 상기 가공 기구를 통해서 상기 물체-정렬 마크가 검출될 수 있다. 또한, 상기 제2 물체에는 상기 물체-정렬 마크 및 상기 부품-정렬 마크를 검출할 수 있는 정렬 센서가 배치된다. 또한, 상기 제2 물체에는 상기 적어도 하나의 이동 방향을 따라 신장하는 스캐닝 가능한 측정 도구가 배치된다. 상기 제1 물체에는 상기 측정 도구의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛이 배치되어, 상기 이동 방향을 따라 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치를 결정하는데, 상기 두 개의 스캐닝 유닛은 소정의 오프셋을 가진다.
이때, 상기 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋을 상기 가공 기구와 상기 정렬 센서 사이의 간격과 거의 동일하게 할 수 있다.
또한, 상기 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋을 상기 가공 기구와 상기 정렬 센서 사이의 간격과 동일하게 할 수 있다.
상기 두 개의 스캐닝 유닛의 오프셋은 아래의 조건
Figure 112013009017027-pat00010
또는 아래의 조건
Figure 112013009017027-pat00011
에 따라서 결정되고, 여기서,
Figure 112018016418553-pat00092
= 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋,
Figure 112013009017027-pat00013
= 상기 가공 기구 및 정렬 센서 사이의 간격이다.
상기 이동 방향을 따라 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치를 결정할 때 선택적으로 상기 두 개의 스캐닝 유닛 중 하나만 구동되도록 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 일 단계 중에 상기 물체-정렬 마크는 상기 가공 기구를 이용하여 운반되고, 제1 스캐닝 유닛에 의해서 검출된, 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치가 기록된다. 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 물체-정렬 마크는 상기 정렬 센서를 이용하여 운반되고 이때 제2 스캐닝 유닛에 의해서 검출된, 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치가 기록된다; 방법의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 부품-정렬 마크는 상기 정렬 센서를 이용하여 운반되고 상기 제2 스캐닝 유닛에 의해서 검출된, 상기 제1 및 제2 물체 사이의 상대적 위치가 기록된다. 상기 세 가지 단계의 순서는 원하는 대로 정할 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시예에서는, 후속하여, 상기 선행한 방법의 단계들의 측정치에 기초하여, 상기 부품의 가공 단계에서 상기 가공 기구를 사용하여 상기 부품-정렬 마크의 주변에서 상기 제2 물체에 대한 상기 제1 물체의 위치의 정렬이 수행된다.
본 발명에 따른 해결 방법의 특별한 이점을 언급하자면, 부품에 대한 상기 가공 기구의 정확한 위치 정렬을 위해서 더 이상 위치 결정에 사용되는 측정 도구의 비교적 넓은 영역을 스캐닝하지 않아도 된다는 점이다. 본 발명에 따르는, 적어도 두 개의 스캐닝 유닛을 이용한 스캐닝은 측정 도구의 크기가 작고 공간적으로 좁게 한정된 영역들에 한정된다. 이에 따라, 위치 결정의 정확도에 있어서, 단지 공간적으로 제한되는 상기 영역들에서의 측정 도구의 부정확도만이 영향을 미친다. 이때 상기한 영역들의 팽창 정도는 실질적으로 가공되는 부품의 면적에 좌우된다. 이에 따라 결과적으로 위치 결정 및 그에 기초하는 가공 기구 및 부품의 상대적 위치 결정에서 확실히 오차가 줄어들게 된다.
이에 따라 비용이 많이 드는 사용되는 측정 도구의 눈금 측정 단계는 정확도 요건에 따라 생략될 수 있다. 또한, 각각의 기계 설비의 열적 안정화 단계는 단순하게 구성될 수 있는데, 왜냐하면 상기 열적 팽창에 의해서 발생된 측정 오차는 측정 도구의 스캐닝된 영역들의 적은 측정치 내에서 무시할 수 있는 정도이기 때문이다. 상기한 다양한 방법 단계들에서 본 발명에 따른 적어도 두 개의 서로 간격이 떨어진 스캐닝 유닛의 사용에 의해, 상기 스캐닝된 영역들 사이의 열적 팽창은 더 이상 영향을 미치지 않는다.
본 발명의 또 다른 장점 및 세부사항은 첨부하는 도면을 참조하여 아래의 실시예들의 설명에 나와 있다.
도 1은 종래 기술을 개략적으로 도시한다;
도 2는 측정 도구의 장파 변형을 예시적으로 도시한다;
도 3은 종래 기술에 따른 방식에서 다양한 위치에서 발생한 위치 조정 오차를 도시한다.
도 4-7은 각각 본 발명에 따른 장치의 사용에 따른 방법의 단계를 도시한다;
도 8은 본 발명에 따른 장치를 사용하는 방법에서 다양한 위치들에서 발생한 위치 조정 오차를 도시한다.
도 4 내지 도 6은 본 공정 단계 이전에 눈금 측정을 위하여 실시되는 다양한 눈금측정(calibration) 단계 및 레퍼런싱(referencing) 단계에서 도입부에서 언급한 본 발명에 따른 장치가 사용되는 것을 도시한다. 도 7은 본격적인 부품 가공이 수행되는 단계를 도시한다. 아래에서, 여러 부재 번호의 의미가 명시적으로 다르게 언급되지 않는 한, 부재번호들은 도입부에서 기술한 도 1의 부재 번호를 가리킨다. 아래에서는 도 4 내지 7을 참조하여 본 발명에 따른 장치 및 방법의 일 실시예를 설명한다.
본 발명의 기초가 되는 사상은 도입부에서 설명한 종래 기술과는 달리, 제1 물체(O1)에 측정 도구(S)의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)이 배치되어, 이동 방향(x)을 따라 상기 제1 물체(O1) 및 제2 물체(O2) 사이의 상대적 위치를 매우 정밀하게 결정한다는 것이다. 도시된 실시예에서는 간섭 스캐닝 원리 등에 의한 측정 도구의 고해상도의 광학 스캐닝이 실시된다. 이때, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)은 소정의 오프셋
Figure 112018016418553-pat00093
을 가진다; 도시된 실시예에서 상기 오프셋
Figure 112018016418553-pat00094
은 상기 이동 방향(x)을 따라서 신장한다. 본 발명에 따르면, 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 오프셋
Figure 112018016418553-pat00095
은 상기 가공 기구(B)와 상기 정렬 센서(W) 사이의 간격
Figure 112018016418553-pat00017
과 거의 동일하게 선택된다; 또 다른 실시예에 따르면, 심지어 완전히 동일하게 할 수도 있다. 기본적으로 상기 이동 방향에 따른 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 오프셋
Figure 112018016418553-pat00096
은 하기의 조건
Figure 112013009017027-pat00019
(방정식 1)
에 따라 결정되는 것이 바람직한 것으로 나타나며,
여기서,
Figure 112018016418553-pat00097
= 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋,
Figure 112013009017027-pat00021
= 상기 가공 기구 및 정렬 센서 사이의 간격이다.
바람직한 일 실시예에 따르면, 예를 들어
Figure 112013009017027-pat00022
(방정식 1.1)으로 정해진다.
상기 제1 물체(O1)에 배치되는, 소정의 오프셋
Figure 112018016418553-pat00098
을 가지는 적어도 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)에 의해서, 실제적으로 존재하는 스캐닝된 측정 도구(S)의 변형으로 인한, 도입부에서 설명한 위치 결정 시의 측정 오차는 상당히 감소하며, 이는 아래에서 도 4 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명된다.
원래의 부품 공정 이전에 실시되는 본 발명에 따른 장치를 이용하는 제1의 눈금 측정 단계(V1)가 도 4에 도시된다. 이때 상기 가공 기구(B)가 상기 물체-정렬 마크(M1)에 접근되고, 제1 스캐닝 유닛(E1)에 의해서 상기 제1 물체(O1)와 상기 제2 물체(O2) 사이의 상대적 위치가 검출되고 제어부(미도시)에 의해서 기록된다. 도 4에서 상기 제1 스캐닝 유닛(E1)과 상기 측정 도구(S) 사이의 점선으로 도시된 연결선으로 표시되어 있듯이, 상기 단계에서는 위치를 결정하기 위하여 상기 제1 스캐닝 유닛(E1)을 이용하여, R1으로 표시된 측정 도구(S)의 제1 영역이 스캐닝된다.
제2의 눈금 조정 단계(V2)가 도 5에 도시된다. 이때 상기 정렬 센서(W)가 상기 물체-정렬 마크(M1)에 접근되고, 제2 스캐닝 유닛(E2)에 의해서 상기 제1 물체(O1)와 상기 제2 물체(O2) 사이의 상대적 위치가 검출되고 상기 제어부에 의해서 기록된다. 이 단계에서 상기 제2 스캐닝 유닛(E2)은 마찬가지로, 상기 측정 도구(S) 상에 도시된 것처럼 R1로 표시된 제1 영역을 스캐닝하는데, 즉 이전의 눈금 조정 단계와 동일한 영역을 스캐닝한다.
제3의 눈금 조정 단계(V3)가 도 6에 도시된다. 이때 상기 정렬 센서(W)가 상기 부품-정렬 마크(M2)에 접근되고, 상기 제2 스캐닝 유닛(E2)에 의해서 상기 제1 물체(O1)와 상기 제2 물체(O2) 사이의 상대적 위치가 검출되고 상기 제어부에 의해서 기록된다. 본 단계에서는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 측정 도구(S) 상의 제2 영역(R2)의 스캐닝이 실시된다.
이때, 본격적인 부품 공정 이전에 실시되는 눈금 조정 목적의 상기 세 가지 단계(V1-V3)가 꼭 상기 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니다; 오히려 상기 단계들은 다른 순서로 수행될 수도 있다.
마지막으로 도 7은 상기 눈금 조정 단계(V1-V3)에 후속하는 부품 공정을 도시한다. 이때 상기 부품(WS)은 상기 가공 기구(B)에 의해서 상기 부품-정렬 마크(M2) 부근에서 가공된다. 이 단계에서 위치 결정은 도면에 나타나 있듯이 이제 상기 측정 도구(S) 상의 제2 영역을 스캐닝하는 제1 스캐닝 유닛(E1)을 이용하여 이루어진다.
본 실시예의 각각의 다양한 단계들에서 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 중 하나 만이 위치 결정에 사용된다. 다시 말해, 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 중 하나 만이 그 상부에 배치된 제어부에 의해서 구동된다. 이에 따라 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)은 선택적으로 구동되도록 형성된다.
본 발명에 따른 장치를 사용하여 수행되는 방법의 다양한 단계에 대한 설명에서 분명해지듯이, 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)을 사용하여 수행되는, 사용되는 측정 도구(S)의 스캐닝은 눈금 조정 단계는 물론 본격적인 부품 공정에서도 단지 상기 측정 도구(S)의 두 개의 영역(R1, R2)에만 국한된다. 상기 두 개의 영역(R1, R2)은 직경이 대략 상기한 간격
Figure 112013009017027-pat00024
보다 작은 정도의, 비교적 작고 편편한 면적으로 팽창된다. 이에 따라 적게 팽창되는 두 개의 영역(R1, R2)의 스캐닝으로부터 비롯되는 상대적인 위치 측정치들만이 도 7에 따른 가공 공정 중의 위치 결정에 관여되기 때문에, 도입부에서 언급한 상기 측정 도구(S)의 장파 오차로 인해 야기되는 오차는 현저하게 최소화된다. 본 발명에 따른 방법에 의하면, 가공 단계에서 최적화된 위치 결정이 이루어진다.
하기에서는 도 4 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 오차가 최소화되는 원리가 설명된다.
상기 가공 기구(B)가 상기 부품-정렬 마크(M2) 상부에 위치하고 있는 상기 물체(O1), 즉 테이블의 위치는
Figure 112013009017027-pat00025
으로 표기된다. 이에 따라 상기 세 개의 눈금 조정 방법 단계(V1 내지 V3) 및 가공 공정 단계(V4)에서의 물체 위치는 아래와 같다:
V1:
Figure 112013009017027-pat00026
(방정식 2.1)
V2:
Figure 112013009017027-pat00027
(방정식 2.2)
V3:
Figure 112013009017027-pat00028
(방정식 2.3)
V4:
Figure 112013009017027-pat00029
(방정식 2.4)
이때
Figure 112013009017027-pat00030
는 목표 크기(sought size)로서, 즉, 테이블 위치
Figure 112013009017027-pat00031
에서의 가공 단계 중 상기 부품-정렬 마크(M2)에 대한 가공 기구(B)의 오프셋이다. 간략함을 위하여 하기에는 측정 도구(S) 및 스캐닝 유닛(E1, E2)으로 구성되고 측정 방향
Figure 112013009017027-pat00032
을 따라 하나의 성분
Figure 112013009017027-pat00033
만이 결정될 수 있는 시스템을 고려하지만, 실제로는 다수 개의 성분
Figure 112013009017027-pat00034
이 결정될 수 있고, 이때는 서로 다른 측정 방향을 가지며 복수 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 및 측정 도구(S)로 구성되는 시스템들이 결합된다.
상기 측정 도구(S)의 판독 결과 독출된, 소정의 지점
Figure 112013009017027-pat00035
에서의 상기 스캐닝 유닛(E1)의 측정치 mE1은 아래의 함수로 표현된다:
Figure 112013009017027-pat00036
(방정식 2.5)
이때
Figure 112013009017027-pat00037
은 균일하지 않거나 변형된 측정 도구(S)로부터 비롯되는,
Figure 112013009017027-pat00038
으로 천천히 변동가능한 오차항이다.
상기 스캐닝 유닛(E2)에 의해서 검출되는 측정치는 아래의 함수로 표현된다:
Figure 112013009017027-pat00039
(방정식 2.6)
상기 네 개의 기계 위치 지점에서 측정된 측정치 m1 - m4는 다음과 같다:
Figure 112013009017027-pat00040
(방정식 2.7)
Figure 112013009017027-pat00041
(방정식 2.8)
Figure 112013009017027-pat00042
(방정식 2.9)
Figure 112013009017027-pat00043
(방정식 2.10)
상기 목표 크기
Figure 112013009017027-pat00044
는 미지의 오차항까지 측정치 m1 내지 m4 의 적절한 선형 결합(linear combination)으로부터 얻어진다:
Figure 112013009017027-pat00045
(방정식 2.11)
여기서,
Figure 112013009017027-pat00046
가 적용되었다.
이때,
Figure 112013009017027-pat00047
및
Figure 112013009017027-pat00048
는 변위(displacement)의 정도에 비하여 크기가 작고,
Figure 112013009017027-pat00049
에 현저하게 변동이 생기면 그때부터 기대할 수 있음을 전제로 한다. 상기 전제 하에 오차항들은 각각 방정식 2.11의 둘째, 셋째 줄에서 대부분 지워지는데, 왜냐하면 측정 도구 오차가 각각 상기 측정 도구(S)의 거의 동일한 위치에서 서로 다른 부호를 가지고 생성되기 때문이다. 이것은 측정 방향
Figure 112013009017027-pat00050
과 상관없이 적용되므로 이에 따라 측정 대상인 두 개의 물체(O1, O2)의 상대적 이동의 모든 자유도들에도 적용된다.
상기한 설명에서 분명하게 나타나듯이, 본 발명에 따른 방식에서 측정 도구(S)의 오차는 근본적으로 비교적 작고 공간적으로 제한된 영역(R1, R2)에서만 영향을 미친다. 상기 영역들(R1, R2)의 크기는 실질적으로 가공 대상인 부품의 면적에 의해서 상기 부품-정렬 마크(M2) 정도로 주어진다. 도 2에 따른 측정 도구의 변형의 존재를 전제했을 때, 도 8은, 설명한 바와 같이 본 발명에 따라 적어도 두 개의 스캐닝 유닛이 사용될 경우 도 3의 도시와 유사하게 발생하는 위치 조정 오차 및 다양한 기계 위치에서의 측정 오차
Figure 112013009017027-pat00051
를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 측정 도구 변형으로 인한 측정 오차
Figure 112013009017027-pat00052
는
Figure 112013009017027-pat00053
에서 영(0)으로 감소된다. 상기 가공 기구(B)의 위치는 상기 부품-정렬 마크(M2)의 부근에서 이제 더욱 정밀하게 조정될 수 있다.
물론 상기한 본 발명에 따른 장치 및 방법의 실시예 외에 본 발명의 범위 내에서 또 다른 실시예도 가능하다.
이에 따라 선형의 측정 도구 대신 교차 격자 측정기(waffle-type graduation)로 형성된 2차원 측정 도구가 구비될 수도 있다. 또한, 상기 물체들이 서로에 대하여 회전 가능할 경우, 상기 측정 도구를 각도기로 형성하는 것이 가능하며, 이때 상기 측정 도구는 두 개의 서로 간격이 떨어진 스캐닝 유닛에 의해서 스캐닝된다. 이러한 경우, 본 발명에 따르면 상기 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 각거리는 대략 상기 물체-정렬 마크와 상기 부품-정렬 마크 사이의 각거리에 상응해야 한다.
또는, 측정 도구의 광학 스캐닝 대신, 상응하는 측정 도구 구조 및 스캐닝 유닛을 구비하여 자기 스캐닝(magnetic scanning), 정전식 스캐닝(capacitive scanning), 또는 유도 스캐닝(inductive scanning)이 실시될 수도 있다.
또한 복수 개의 가공 기구 및/또는 정렬 센서가 본 발명에 따른 장치에 구비될 수 있다. 이 경우에도 마찬가지로 더 많은 수의 스캐닝 유닛이 필요할 수 있다. 방법의 각각의 단계에 대하여 각각 적절한 스캐닝 유닛들이 상기한 방식과 유사한 방식으로 선택될 수 있다.
본 발명에 따른 변형예 또는 또 다른 실시예에 따르면, 상기 눈금 조정 단계들 이전에 추가적으로 두 개의 스캐닝 유닛을 구동하여 측정 영역을 따라 측정 단계를 실시할 수도 있다; 이때, 여기서 발생된 상기 두 개의 스캐닝 유닛의 측정치들은 서로 차이가 날 수 있다. 후속하는 상기한 방법의 단계들에서는, 상기 단계에서 얻어진 측정치들을 이전에 수행된 측정 공정에서 얻어진 눈금 측정 데이터와 함께 계산할 수 있다.

Claims (14)

  1. 부품(WS)에 대하여 가공 기구(B)의 위치를 정렬하는 장치로서,
    물체-정렬 마크(M1) 및 상기 부품(WS)이 배치되고, 상기 부품(WS) 상에는 부품-정렬 마크(M2)가 배치되는 제1 물체(O1); 및
    상기 제1 물체(O1)에 대향하여 적어도 하나의 이동 방향(x)을 따라 이동할 수 있게 배치되는 제2 물체(O2);를 포함하는 장치로서,
    상기 제2 물체(O2)에는,
    상기 물체-정렬 마크(M1)를 검출할 수 있는 상기 가공 기구(B)가 배치되고,
    상기 물체-정렬 마크(M1) 및 상기 부품-정렬 마크(M2)를 검출할 수 있는 정렬 센서(W)가 배치되고,
    상기 적어도 하나의 이동 방향(x)을 따라서 신장하는 스캐닝 가능한 측정 도구(S)가 배치되고,
    상기 제1 물체(O1)에는 상기 측정 도구(S)의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)이 배치되어, 상기 이동 방향(x)을 따라 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 결정하고, 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)은 소정의 오프셋
    Figure 112018016418553-pat00054
    을 가지고,
    상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 상기 오프셋
    Figure 112018016418553-pat00082
    은
    조건
    Figure 112018016418553-pat00083
    을 만족하며,
    이때
    Figure 112018016418553-pat00099
    = 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋,
    Figure 112018016418553-pat00085
    = 상기 가공 기구 및 정렬 센서 사이의 간격인 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 상기 오프셋
    Figure 112017114277228-pat00057
    은 상기 가공 기구(B)와 정렬 센서(W) 사이의 간격
    Figure 112017114277228-pat00058
    과 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치.
  4. 제1항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 방향(x)을 따라 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 결정할 때 상기 스캐닝 유닛(E1, E2)은 선택적으로 구동 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 물체-정렬 마크(M1) 및 부품-정렬 마크(M2) 중 적어도 하나는 미세 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 측정 도구는 선도기 또는 각도기 또는 2차원 교차 격자 측정기로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 장치.
  7. 부품(WS)에 대하여 가공 기구(B)의 위치를 정렬하는 방법에 있어서,
    제1 물체(O1) 상에 물체-정렬 마크(M1) 및 상기 부품(WS)을 배치하고, 상기 부품(WS) 상에는 부품-정렬 마크(M2)를 배치하는 단계;
    제2 물체(O2)를 상기 제1 물체(O1)에 대향하여 적어도 하나의 이동 방향(x)에 따라 이동할 수 있게 배치하는 단계로,
    상기 제2 물체(O2)에는
    상기 물체-정렬 마크(M1)를 검출할 수 있는 상기 가공 기구(B);
    상기 물체-정렬 마크(M1) 및 상기 부품-정렬 마크(M2)를 검출할 수 있는 정렬 센서(W); 및
    상기 적어도 하나의 이동 방향(x)을 따라 신장하는 스캐닝 가능한 측정 도구(S)를 배치하는 단계를 포함하는, 부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법으로서,
    상기 제1 물체(O1)에는 상기 측정 도구(S)의 스캐닝을 위한 적어도 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)이 배치되어, 상기 이동 방향(x)을 따라 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 결정하고, 상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2)은 소정의 오프셋
    Figure 112018016418553-pat00086
    을 가지고,
    상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 상기 오프셋
    Figure 112018016418553-pat00087
    은
    조건
    Figure 112018016418553-pat00088
    을 만족하며,
    이때
    Figure 112018016418553-pat00100
    = 두 개의 스캐닝 유닛 사이의 오프셋,
    Figure 112018016418553-pat00090
    = 상기 가공 기구 및 정렬 센서 사이의 간격인 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법.
  8. 삭제
  9. 제7항에 있어서,
    상기 두 개의 스캐닝 유닛(E1, E2) 사이의 상기 오프셋
    Figure 112017114277228-pat00067
    은 상기 가공 기구(B)와 정렬 센서(W) 사이의 간격
    Figure 112017114277228-pat00068
    과 동일하게 선택되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 이동 방향(x)을 따라 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 결정할 때 상기 스캐닝 유닛(E1, E2)은 선택적으로 구동 가능하도록 형성되는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법.
  11. 제7항, 제9항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가공 기구(B)가 상기 물체-정렬 마크(M1)에 접근되고, 제1 스캐닝 유닛(E1)에 의해서 검출된 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 기록하는 단계;
    상기 정렬 센서(W)가 상기 물체-정렬 마크(M1)에 접근되고 제2 스캐닝 유닛(E2)에 의해서 검출된 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 기록하는 하는 단계; 및
    상기 정렬 센서(W)가 상기 부품-정렬 마크(M2)에 접근되고 상기 제2 스캐닝 유닛(E2)에 의해서 검출된 상기 제1 및 제2 물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 기록하는 하는 단계
    를 더 포함하고,
    상기의 세 가지 단계들의 순서는 원하는 대로 정할 수 있는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    후속하여, 상기 세 가지 제1 및 제2물체(O1, O2) 사이의 상대적 위치를 기록하는 단계들의 측정치에 기초하여, 상기 부품(WS)의 가공 단계에서 상기 가공 기구(B)를 사용하여 상기 부품-정렬 마크(M2)의 주변에서 상기 제2 물체(O2)에 대한 상기 제1 물체(O1)의 위치의 정렬을 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    부품에 대하여 가공 기구의 위치를 정렬하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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