KR19990087538A

KR19990087538A - 다-공구 위치 선정 시스템

Info

Publication number: KR19990087538A
Application number: KR1019980706975A
Authority: KR
Inventors: 도날드 알. 커틀러; 로버트 엠. 파일쏘프; 마크 에이. 운라쓰; 토마스 더블유. 리차드슨; 알란 제이. 케이블
Original assignee: 레인하르트 죠셉 엘.; 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 1996-03-12
Filing date: 1997-03-04
Publication date: 1999-12-27
Also published as: KR100443549B1; TW402536B

Abstract

다-속도, 다-헤드 포지셔너(150)는, 다수의 관련된 작업물(152) 상의 목표물 위치(162)에 관련해 다수의 공구(156)를 동시에 위치시키기 위해, 느린 스테이지들 중의 하나 상에 장착되는 다수의 빠른 스테이지(154)와 느린 스테이지(56,58)를 작동시키기 위해, 패널화되지 않은 위치 조정 명령을 수신하고 처리한다. 상기 각각의 빠른 스테이지는 다수의 작업물 중에, 빠른 스테이지의 비선형성(nonlinearities) 및 작업물 배치, 오프셋, 회전, 및 치수 변경을 보상하기 위해 각각의 빠른 스테이지 포지셔너에 정확한 위치 데이터를 제공하는 빠른 스테이지 신호 처리기(172)에 연결된다. 에칭된 회로 기판(Etched Circuit Boards; ECBs) 내의 구멍에 의해 블라인드(blind)를 컷팅할 때, 증진된 작업 처리량(throughput)과 처리 양품율은, 전도체 및 유전체 층을 손쉽게 컷팅하는, 자외선(UltraViolet;UV) 레이저를 공구의 일측 절반으로 만들고, 유전체 층만을 손쉽게 컷팅하는, 적외선(InfraRed; IR) 레이저를 공구의 타측 절반으로 만듦에 의해 달성된다. 상기 자외선 레이저는 바닥에 깔린 유전체 층의 부분과 상부 전도체 층을 컷팅하도록 제어되며, 상기 적외선 레이저는 제 2의 바닥에 깔린 전도체 층을 손상시키거나 관통함이 없이 나머지 유전체 층을 컷팅하도록 제어된다. 상기 작업 처리량은 전도체 층을 이미 컷팅한 에칭 회로 기판 내에 유전체 층을 동시에 컷팅하면서 처리되지 않은 에칭 회로 기판 내에 전도체 층을 컷팅함에 의해서 증가된다. 상기 처리 양품율은, 어떤 에칭 회로 기판의 배치, 오프셋, 회전, 및 치수 변경을 설명하기 위해 각각의 컷팅 단계에 앞서 작업물의 측정(calibration)을 수행함에 의해 증가된다.

Description

다-공구 위치 선정 시스템

다양한 기술은, 마이크로 머신에 공구를 사용하거나, 작업물 상의 목표물 위치에 적층 패턴 또는 재료를 사용한다. 예를 들면, 마이크로-치수의 드릴은 마이크로-치수의 모터를 위한 크래들(cradle)을 형성하기 위해 사용될 수 있으며; 마이크로 치수의 펀치는 얇은 금속판에 구멍을 뚫기 위해 사용될 수 있으며; 레이저는 금속, 결정체 또는 무정형 시편(amorphous specimens)을 선택적으로 부식시키거나 정확히 처리하기 위해 사용될 수 있으며; 이온 빔은 집적 회로에 전하를 띤 입자를 선택적으로 주입하는데 사용될 수 있다. 상기 언급된 모든 공정은 작업물 상의 목표물 위치에 적합한 공구를 정확하고 신속하게 위치시키기 위한 공통된 필요성을 공유하고 있다.

어떤 대량 생산 적용에 있어서, 다수의 공구는 공정 작업 처리량(processing throughput)을 개선시키며 전체 제조 원가를 줄이기 위해 다수의 상응하는 작업물에 관련해 동시에 위치된다. 상기 한가지 적용은 다수의 회로 기판에 구별되는 세트의 구멍들을 동시에 드릴링하기 위해 다축 드릴닝 머신(multiple spindle drilling machine)을 사용한다. 상기 머신은, 높은 작업 처리량을 갖지만, 다수의 작업물의 정확한 설치를 필요로 하며, 작업물들 간에 치수 차를 보상할 수 없으며, 드릴 교체를 위해 잦은 휴지 시간(downtime)의 영향을 받기 쉽다.

관련된 적용으로, 종래의 작업자는 다층 회로 기판의 상부층들 사이의 구멍을 거쳐서 머신에 레이저를 사용했다. 상기 머신은 고도의 정확성을 가지며 드릴 교체를 필요로 하지 않지만 상기 머신은 다축 드릴닝 머신의 높은 작업 처리량을 갖지 못한다.

더욱이, 두 가지로 나타나는 서로 상반되는 필요성이 공구와 작업물 사이의 상대 운동을 조정하기 위해 존재한다. 즉, 형상 사이즈가, 감소하여, 치수 정확성에 대한 필요성이 증가하지만, 그와 동시에, 작업물의 전체 사이즈는 증가한다. 결과적으로, 공구 포지셔너 상에 부과되는 정확성, 사이즈, 및 속도의 요구가 기존의 위치 선정 시스템에 한계를 부과한다.

기존의 포지셔너는 저 속도 및 장거리 운동 또는 고 속도 및 단거리 운동에 의해 전형적으로 특징화된다. X-Y 병진 테이블과 같은, 저-속도 및 장거리-운동 포지셔너는 고도의 위치 정확성에 의해 특징화되는 반면에; 갈바노미터-구동의 빔 디플렉터(galvanometer-driven beam deflectors)와 같은, 고-속도의, 단거리 운동 포지셔너는 처짐 각도 비선형성(deflection angle nonlinearities)에 의해 특징화된다.

장거리-운동의, 고-속도 위치 선정을 위한 해법이 1985년 7월 30일자로 등록 허여된 미국 특허 번호 4,532,402에, "집적 회로 상에 집중된 빔을 위치 선정하기 위한 장치 및 방법(METHOD AND APPARATUS FOR POSITIONING A FOCUSED BEAM ON AN INTEGRATED CIRCUIT)" 으로 기술되었으며, 거기서, 갈바노미터와 같은 고-속도의 단거리-운동 포지셔너("빠른 포지셔너")는 저-속도의, 단거리-운동이지만 X-Y 병진 테이블과 같은 고도의-정확성 포지셔너("느린 포지셔너")와 조합된다. 상기 두 개의 포지셔너는, 집적 회로 또는 에칭된 회로 기판(etched circuit board)과 같은, 작업물 상의 목표물 위치에, 레이저 빔과 같은 공구를 정확하고 신속하게 위치시키기 위해 짧고도 빠른 운동과 길고도 정확한 운동을 조합시킬 수 있다. 상기 두 개의 포지셔너의 조합 운동은, 작업물 상의 목표물 위치 가까이의 알려진 위치에 느린 포지셔너를 우선 이동시키는 것을 수반하면서, 느린 포지셔너를 정지시키며, 정확한 목표물 위치로 빠른 포지셔너를 이동시키면서, 빠른 포지셔너를 정지시키며, 상기 공구를 목표물 위치 상에 작동하도록 하며, 그에 따라서, 다음의 목표물 위치로 상기 공정을 반복한다.

그러나, 상기 위치 선정 방법은 심각한 결점을 갖는다. 분명히, 모든 출발과 멈춤은 공구로 작업물을 가공하는데 필요로 하는 시간을 과도하게 증가시키는 지연(delays)을 일으킨다. 심각한 결점은 작업물을 가로질러 예정된 목표물 위치의 배열로 상기 공구가 움직이도록 전형적으로 명령하는 "데이터 베이스(database)" 또는 컴퓨터 기초의 기계 공구 제어 파일에 또한 부과된다.

상기 결점은, 예를 들면, 레이저 빔에 의한 트리밍(trimming)을 필요로 하는 작은 형상의 정규 패턴을 갖는 타입의 집적 회로와 같은, 작업물의 레이저 공정에 의해 설명될 수 있다. 상기 포지셔너와 레이저 빔은, 상기 느린 포지셔너가 패턴에서 패턴으로 레이저 빔을 정확히 움직일 수 있고 빠른 포지셔너가 각각의 패턴 내에 트리밍을 필요로 하는 모든 작은 형상으로 레이저 빔을 신속히 유도할 수 있다면 효과적으로 조정될 것이다.

그러나, 만일 가장 큰 패턴의 사이즈가 빠른 포지셔너의 운동 범위를 초과한다면, 작업물을 가로질러 공구를 위치시키는 데이터 베이스는, 각각이 빠른 포지셔너의 운동 범위 내에 맞는 인접 세그먼트 내로 "패널화(panelized)"된다. 증가된 치수 정확성 및 더 큰 작업물 쪽으로의 상기 기술 경향은 패널화된 데이터 베이스의 필요성을 사실상 보장한다. 패널화(panelization)는 단거리의 고속도 위치 선정과 장거리의 고 정확성 위치 선정의 모순된 작업을 빠른 포지셔너와 느린 포지셔너를 위해 적절한 운동의 할당을 이루는 쪽으로 할당한다.

예를 들면, 도 1은 패널화된 데이터 베이스에 의해 위치되는 이온 주입 공구로 처리하는데 따르는 트랜지스터의 실제적인 정규 패턴과 그에 관련되는 전기 상호 접속부를 구비하는 집적 회로(10)의 일부분을 도시하고 있다. 상기 예에서, 선택된 트랜지스터의 임계 전압은 집적 회로(10)의 적절한 p-채널 기판 영역으로 붕소(boron) 이온을 제어할 수 있게 주입함에 의해 조정된다. 도프(doped)되는 기판 영역은 빠른 포지셔너의 운동 범위 보다 더 큰 영역을 커버한다. 그러므로, 느린 포지셔너는 패널(14)(점선으로 도시된 패널)의 시작부(origin)(12)측 집적 회로(10)와 상대적인 정렬이 이루어지는 쪽으로 이온 주입 공구를 가동시키며, 상기 운동 후, 빠른 포지셔너는 데이터 베이스에 의해 명령되는 패널(14) 내에 기판 영역을 처리하기 위해 집적 회로(10)와 이온 주입 공구의 사이에 요구되는 상대적으로 짧은 운동을 실행한다. 패널(14)이 처리된 후, 느린 포지셔너는 패널(18)의 시작부(16)측 집적 회로와 상대적인 정렬이 이루어지는 쪽으로 이온 주입 공구를 움직이며, 상기 운동 후, 빠른 포지셔너는 데이터 베이스에 의해 명령을 수신하게 될 때 패널(18) 내에 기판 영역을 처리하기 위해 집적 회로(10)와 이온 주입 공구의 사이에 요구되는 상대적으로 짧은 운동을 실행한다.

상기 기술된 공정은 집적 회로(10)가 완전히 공정 완료 될 때까지 제각각의 패널(22,26,30,34 및 38)의 시작부(20,24,28,32 및 36)를 통해 단계를 거침에 의해 반복된다. 상호 접속부 패드(40)가 단일 팬널 내에 완전히 둘러싸여지지 않는다는 것을 주목하자. 상기 경우에 다행히, 상호 접속부 패드(40)는, 이온 주입 공정을 필요로 하지 않으며, 패널화 목적을 위해 무시될 수 있다.

데이터 베이스 패널화는, 운동이 증가되게 실행되기 때문에, 본래 비효율적인 몇가지 예정된 구획화된 작은 운동 명령 클러스터(clusters) 쪽으로 공구 경로를 나누는 기껏해야 대략적인 최적화이다.

또한, 패널화는 위치되는 공구의 타입과 사용되는 특정한 포지셔너의 운동 역량에 달려 있다. 예를 들면, 집적 회로(10)에 할당되는 패널은 집적 회로(10)의 패턴 정규성에 따를 뿐만 아니라 이온 주입 공구에 할당되는 특정의 목표물 위치와 빠른 포지셔너의 운동 범위에 또한 따라서 데이터 베이스 내에 묘사되어야 한다. 만일 공구 타입이 변경된다면, 다른 포지셔너 타입은 다른 목표물 위치측 다른 형상을 처리하도록 요구받을 수 있다. 어느 쪽의 변경도 데이터 베이스가 새로운 포지셔너와 공구를 수용하기 위해 재패널화되도록 아마도 요구받을 것이다.

패널화는, 작동 공구가 패널 경계부를 걸터 타(straddle)거나 겹쳐짐이 없이, 데이터 베이스 내의 각각의 패널이 작업물 내에 인접한 패널에 인접하게 해야 한다. 상기 집적 회로(10)의 예에서, 이온 주입 공구 대신에, 레이저 빔 공구가 상호 접속부 패드(40)의 금속화를 처리하는데 사용된다면, 도 1에 도시된 패널화는 상호 접속부 패드(40)가 두 개의 패널을 걸터 타기 때문에 적절하지 않을 수도 있다. 동일한 문제는, 작업물이 에칭된 회로 기판 내의 구멍을 드릴링하기 위한 목표물 위치와 같은, 불규칙한 패턴을 포함한다면 발생할 수 있다. 어떤 작업물과 공구 타입의 조합은 패널에 대해 단순히 전도적이지 않다. 물론, 패턴의 정규성은, 특정한 빠른 포지셔너의 운동 범위 보다 더 큰 치수의 거리에 있음에도 불구하고, 반복될 수도 있다. 충분히 큰 운동 범위를 갖는 빠른 포지셔너를 적용하는 것은 추가된 질량과 비선형성 때문에 역효과를 발생시킬 수 있다.

그러므로, 필요로 하는 것은 패널화된 공구 경로 데이터 베이스를 요구함이 없이 폭넓은 다양한 작업물에 관련하여 폭넓은 다양한 공구를 정확히 위치시키기 위한 높은 작업 처리량 장치 및 방법이라는 것이다.

본 발명은, 다수의 관련 작업물 상의 목표물 위치(target locations)에 관련하여, 레이저 빔 또는 다른 방사 빔과 같은 다수의 "공구(tool)"을 위치시키기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 다중-스테이지, 다-헤드 포지셔너(a multi-stage, multi-head positioner)를 구비하는 다수의 공구와 그에 관련된 목표물 위치의 위치 선정을 정확히 조정하는 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술의 포지셔너 운동 패널화 설계에 따라 처리되는 공구를 위한 패널화된 집적 회로의 작업 영역을 도시하는 평면도.

도 2는 본 발명의 다중-스테이지 레이저 빔 위치 선정 시스템을 도시하는 블록도.

도 3A 및 도 3B는 본 발명에 따른 위치 선정 명령으로부터 처리되는 제각각의 두 개 및 세 개의 세그먼트 포지셔너 속도 프로파일을 도시하는 시간 대 속도 그래프.

도 4는 본 발명에 사용을 위한 적절한 타입의 종래 기술의 갈바노미터-구동 미러 포지셔너를 도시하는 부분 측면도.

도 5는, 본 발명에 따른 위치 선정 신호에 응답하여 빠른 포지셔너 스테이지의 속도와 위치, 및 느린 포지셔너 스테이지의 속도와 위치를 도시하는 파형 그래프.

도 6은 본 발명의 다-헤드 레이저 기계 가공(machining) 시스템을 도시하는 사시도.

도 7은 상기 도 6의 다-헤드 레이저 기계 가공 시스템에 사용되는 다수의 빠른 스테이지 신호 처리기를 포함하는 디지털 신호 처리 시스템을 도시하는 단순화된 전기 블록도.

도 8은 상기 도 7의 디지털 신호 처리 시스템에 사용되는 다수의 빠른 스테이지 신호 처리기 중의 하나를 도시하는 단순화된 전기 블록도.

그러므로, 본 발명의 목적은 다-공구 처리 시스템의 다수의 포지셔너들 중에 데이터 베이스 위치 선정 명령을 자동적으로 최적으로 할당하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 이점은 패널화된 데이터 베이스를 요구함이 없이 다수의 작업물 에 대해 동시에 공구 경로 작동을 수행하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 이점은 다중-속도 위치 선정 시스템을 사용하는 다수의 동시 적인 공구 경로 작동의 작업 처리량과 정확성을 개선시키기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다중-속도 포지셔너 시스템은, 데이터 베이스로부터 패널화되지 않은 위치 선정 명령을 수신하며, 하프-사인(half-sine) 위치 선정 신호로 명령을 프로파일(profiles)하며, 데이터 베이스에 의해 특정화된 목표물 위치에 제각기 느린 포지셔너 및 빠른 포지셔너를 작동시키기 위해 저-주파수 및 고-주파수 위치 선정 신호로 하프-사인 위치 선정 신호를 더 처리한다. 상기 느린 포지셔너 및 빠른 포지셔너는, 반드시 멈춤이 없이, 위치 선정 명령 데이터의 흐름에 응답하여 움직이지만, 데이터 베이스에 의해 한정된 목표물 위치에 대해서 일시적으로 정지되는 공구 위치를 발생시키도록 개별적으로 움직이는 위치를 조정한다. 다중-속도 위치 선정 시스템은, 빠른 포지셔너의 필요 운동 범위를 줄이지만, 패널화된 데이터 베이스를 요구함이 없이 상당히 증가된 공구 공정 작업 처리량을 제공한다.

하프-사인 위치 선정 신호는 가속도와 위치 성분으로 나누어 진다. 고도의 처리 공구 작업 처리량은, 고정된 시간 지연을 가지며 느린 포지셔너를 가동하기 위한 저-주파수 위치 및 가속도 성분을 발생시키는 제 4-명령 프로파일링 필터(profiling filter)를 통해 위치 성분을 거쳐 달성된다. 필터링되지 않은 위치와 가속도 성분은 빠른 포지셔너를 가동하기 위한 고-주파수 위치와 가속도 성분을 발생시키기 위한 고정된 지연으로서 동일한 양만큼 지연된다. 프로파일링 필터를 통해 공급되는 빠른 스테이지의 구성 요소에 대해 느린 포지셔너의 비응답성에 의해 발생되는 느린 포지셔너 에러는 빠른 포지셔너 명령의 일부분으로서 빠른 포지셔너로 상기 공급과 관련되는 에러(these feedthrough-related errors)를 유도함에 의해 정정된다. 상기 포지셔너와 관계되는 관성(inertia)과 마찰에 의해 발생되는 위치 선정 에러는 느린 스테이지의 위치 선정 신호와 빠른 스테이지의 위치 선정 신호를 변경시키는 피드백 네트워크(feedback networks)에 명령된 공구 위치와 사실상의 공구 위치를 비교함에 의해 정정된다.

본 발명의 다중-속도, 다-헤드 포지셔너의 실시예는, 다수의 관련된 작업물 상의 목표물 위치에 대해 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위해, 상기 느린 포지셔너 상에 장착되는 느린 포지셔너와 다수의 빠른 포지셔너를 작동시키기 위해, 위에서 처럼 패널화되지 않은 위치 선정 명령을 수신하고 처리한다. 상기 각각의 빠른 포지셔너는 다수의 작업물 중에 빠른 스테이지의 비선형성과 작업물 배치, 오프셋, 회전, 및 치수 변경을 보상하기 위해 각각의 빠른 스테이지 포지셔너에 정정된 위치 데이터를 제공하는 빠른 스테이지의 신호 처리기와 연결된다.

다중-속도, 다-헤드 포지셔너 시스템은, 싱글 시스템으로 다수의 작업물을 동시에 처리함에 의해 작업물 가공 비용을 줄이며, 작업물 공정 작업 처리량을 개선시킨다. 더욱이, 처리되는 작업물의 불합격품은 작업물의 배치, 오프셋, 회전, 및 치수 변경을 처리하는 능력 때문에 감소된다.

다중-속도, 다-헤드 포지셔너의 바람직한 실시예는 개선된 작업 처리량과 공정 양품율을 갖고서 에칭된 회로 기판("ECBs") 내의 구멍을 거쳐 블라인드(blind)를 컷팅한다. 상기 실시예에서, 상기 공구의 일측 절반부는, 전도체와 유전체 층을 손쉽게 컷팅하는, 자외선("UV") 레이저이며, 상기 공구의 타측 절반부는, 유전체 층만을 손쉽게 컷팅하는, 적외선("IR") 레이저이다. 상기 자외선 레이저는 기초 유전체 층의 일부분과 상부 전도체 층을 컷팅하도록 제어되며, 상기 적외선 레이저는 제 2기초 전도체 층에 손상을 가하거나 상기 제 2기초 전도체 층을 통해 컷팅됨이 없이 나머지 유전체 층을 컷팅하도록 제어된다. 상기 조합된 레이저 공정 단계들은 에칭된 회로 기판 내의 구멍을 거쳐 블라인드를 컷팅하기 위해 넓은 가공창(process window)을 갖는다. 더욱이, 작업 처리량은, 가공되지 않은 에칭된 회로 기판 내의 전도체 층을 컷팅함에 의해, 그와 동시에, 상기 전도체 층을 이미 컷팅시킨 에칭된 회로 기판 내의 유전체 층을 컷팅함에 의해, 증가된다. 공정 양품율은 어떤 에칭된 회로 기판의 배치, 오프셋, 회전, 및 치수 변경을 산출하기 위해 각각의 컷팅 단계를 거침에 앞서 작업물 측정(calibration)을 수행함에 의해 증가된다.

본 발명의 추가 목적 및 이점은, 첨부되는 도면을 참조로 진행되는, 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 자명해질 것이다.

도 2는 본 발명에 따라 위치 선정 명령 수행 성능을 갖는 다중-스테이지 공구 포지셔너 시스템(50)을 도시한다. 포지셔너 시스템(50)은, 에칭된 회로 기판과 같은 단일 작업물(62) 상의 목표물 위치로 레이저 빔(60)을 유도하기 위해, 빠른 갈바노미터 포지셔너 스테이지(54)("빠른 스테이지(54)"), 느린 X-축 병진 스테이지(56)("느린 스테이지(56)"), 및 느린 Y-축 병진 스테이지(58)("느린 스테이지(58)")를 제어하기 위해, 디지털 신호 처리기("DSP"(52))를 사용하는, 단일-헤드의, 레이저를 기초로 한 컷팅 시스템에 참조 내용의 예로서만 기술되었다. 포지셔너 시스템(50)은 느린 스테이지(56) 상에 장착되는 단일의 빠른 스테이지(54)와, 느린 스테이지(58) 상에 장착되는 단일 작업물(62)로 구성되지만, 다수의 빠른 스테이지(54)가 느린 스테이지(56) 상에 장착되고 다수의 작업물(62)이 느린 스테이지(58) 상에 장착되는 것과 같은, 공구 위치 선정 시스템의 다른 구성이, 본 발명을 유익하게 사용할 수 있게 한다.

시스템 제어 컴퓨터(63)는 데이터 베이스 저장의 서브 시스템(64)에 저장되는 공구 경로 데이터 베이스를 처리한다. 상기 데이터 베이스는 레이저 빔(60)으로 작업물(62)에 구멍 및/또는 프로파일(측면)을 컷팅하기 위한 바람직한 처리 변수를 포함한다. 데이터 베이스는 "Camex Manufacturing Technologies located in Eugene, Oregon" 에 의해 제작된 "SMARTCAM^TM" 과 같은, 공구 경로 발생 프로그램을 이용하여 일반적으로 컴파일(compiled)된다. 시스템 제어 컴퓨터(63)는 데이터 흐름으로서 데이터 베이스의 위치 제어 부분을 델타 처리(70)로 및 저장된 데이터 베이스의 분석(parsed) 부분을 레이저 제어기(68)로 전달한다. 델타 처리(70)는, 작업물(62)을 가로지르는 레이저 빔(60)의 경로에 각각 의도된 변경을 위해, 델타 위치("dx" 및 "dy"), 델타 속도("dv"), 및 델타 시간("dt") 성분으로 데이터 흐름을 바꾼다. 결과적으로, 레이저 빔(60)의 각각의 운동은 하프-사인으로 프로파일된 위치 신호 쪽으로 위치 프로파일러(72)에 의해 더 처리되는 dx, dy, dv, 및 dt 성분으로 한정된다.

레이저 제어기(68)는, 본 출원의 양수인에게 양도된, 방사빔 위치와 방사 조정 시스템(RADIATION BEAM POSITION AND EMISSION COORDINATION SYSTEM)으로, 1995년 9월 26일자로, 특허 허여된 미국 특허 번호 5,453,594에 기술된 것과 같은, 동기화 기술(synchronizatiom technique)에 따라, 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)의 운동으로 레이저(76)의 발사를 동기화시키는 트리거링(triggering) 처리에 의해 더 조정되며 델타 처리(70)에 의해 발생되는 시간 데이터에 의해 제어된다.

델타 처리(70)는 도 3A와 도 3B를 참조로 하여 아래에 기술된 바람직한 BASIC 언어 신호 처리 절차에 따라 dx, dy, dv, 및 dt 성분을 발생시킨다.

"gen_move"로 언급되는, 바람직한 절차를 부르기 전에, 최대 가속도(amax), 최대 속도(vmax), 및 최소 시간(tmin)을 위한 한계 값은 초기화된다. 상기 한계 값들은 특정의 위치 선정 명령에 응답하여 큰 거리로 움직이도록 요구되는 특정의 포지셔너 하드웨어(빠른 또는 느린)에 의해 부과된 물리적 하드웨어의 한계치이다. 예를 들면, 만일 운동 거리가 최대로 빠른 포지셔너의 운동 범위의 25% 이하라면, 그에 따라서, 상기 값들은 빠른 포지셔너를 위해 설정된다. 만약 그렇지 않으면, 상기 값들은 느린 포지셔너를 위해 설정된다. 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)를 위한 한계 값은 다음과 같다.

	빠른	느린
vmax(미터/초)	1	0.25
amax(가속도)	50	1.0
tmin(밀리초)	2	20.0

gen_move 절차는 어떤 초기 위치와 초기 속도로부터 어떤 최종 위치와 최종 속도로 둘 또는 세 개의 운동 세그먼트들 중의 어느 한쪽으로 이동시키기 위해 포지셔너 단계에 대해 요구되는 dx, dy, dv, 및 dt 값들을 계산한다.

모든 운동 세그먼트들은, 하프-사인 프로파일된 가속도 세그먼트("segment 1"), 일정 속도 세그먼트("segment 2"), 및 하프-사인 프로파일된 감가속도 세그먼트("segment 3")의 어떤 조합을 포함한다. 도 3A에 도시된 것처럼, 위치 선정 명령은 포지셔너 속도가 +vmax 또는 -vmax 중의 하나에 도달하도록 충분히 클 때, 세그먼트(2)가 세그먼트(1,3)들 사이에 포함된다. 만일 그렇지 않다면, 도 3B에 도시된 것처럼, 두 개의 세그먼트 운동 명령은 세그먼트(1,3)(세그먼트(2)는 0과 같다)만을 포함하여 실행된다. 일반적으로, gen_move 절차는 다음의 BASIC 언어 설명에 따르며, 당업자가 다음의 BASIC 언어 설명을 손쉽게 이해할 것이다.

PROCEDURE gen_move(g&,h&)

REMARK"g" and "h" are pointers into an indexed array of positions and velocities extracted from the database.

xi=px(g&) !initial x position !um

yi=py(g&) !initial y position

xvi=vx(g&) !initial x velocity !um/sec

yvi=vy(g&) !initial y velocity

xf=px(h&) !final x position

yf=py(h&) !final y position

xvf=vx(h&+1) !final x velocity

yvf+vy(h&+1) !final y velocity

REMARKCalculate the maximum(or minimum) absolute velocity for X and Y movement based on the total change in position, initial and final velocities, and the minimum movement time(limited to vmax).

dx=xf-xi

dy=yf-yi

xvmax=dx/tmin-(xvi+xvf)/2

IF xvmax> vmax

xvmax=vmax

ENDIF

IF xvmax<-vmax

xvmax=-vmax

ENDIF

REMARKAssumes that dt1 = dt3. If dt1 and dt3 = tmin, maximum velocity is employed.

yvmax=dy/tmin-(yvi+yvf)/2

IF yvmax>vmax

yvmax=vmax

ENDIF

IF yvmax<-vmax

yvmax=-vmax

ENDIF

REMARKCalculate dt for segments 1 and 3, assuming three segments are required to execute this particular positioning command.

kpo2=(PI/2)/amax

dt1=MAX(tmin,ABS((xvmax-xvi)*kpo2),ABS((yvmax-yvi)*kpo2))

dt3=MAX(tmin,ABS((xvf-xvmax)*kpo2),ABS((yvf-yvmax)*kpo2))

REMARKCalculate dt2 for both the x and y axis (xdt2 and ydt2). If either result is positive, a constant velocity segment 2 is required. xdt2 and ydt2 also determine a dominant axis, i.e., the axis that requires the most time to move at constant maximum velocity.

IF xvmax>0

xdt2=(dx-((xvi+vmax)*dt1/2)-((xvf+vmax)*dt3/2))/vmax

ELSE

xdt2=(dx-((xvi-vmax)*dt1/2)-((xvf-vmax)*dt3/2))/-vmax

ENDIF

IF yvmax>0

ydt2=(dy-((yvi+vmax)*dt1/2)-((yvf+vmax)*dt3/2))/vmax

ELSE

ydt2=(dy-((yvi-vmax)*dt1/2)-((yvf-vmax)*dt3/2))/-vmax

ENDIF

IF xdt2>0 OR ydt2>0 !three segment movement

REMARKCalculate dp,dv for each movement segment

IF xdt2>ydt2 !X axis Primary

dx1=(xvi+xvmax)*dt1/2

xdv1=xvmax-xvi

dx2=((-xvi-xvmax)*dt1/2)+((-xvmax-xvf)*dt3/2)+dx

xdv2=0

dx3=(xvmax+xvf)*dt3/2

xdv3=xvf-xvmax

ydt2=xdt2

kb=1/(2*ydt2+dt3+dt1)

dy1=((yvi-yvf)*((dt1*dt3)/2+(dy+yvi*ydt2)*dt1)*kb

ydv1=((-yvi-yvf)*dt3+2*dy-2*yvi*(ydt2+dt1))*kb

dy2=(2*dy-dt1*yvi-dt2*yvf)*ydt2*kb

ydv2=0

dy3=((yvf-yvi)*((dt3*dt1)/2+(dy+ydt2*yvf)*dt3)*kb

ydv3=((yvi+yvf)*dt1-2*dy+2*((dt3*ydt2)*yvf)*kb

ELSE !Y primary axis

dy1=(yvi+yvmax)*dt1/2

ydv1=yvmax-xvi

dy2=((-yvi-yvmax)*dt1/2)+((-yvmax-yvf)*dt3/2)+dy

ydv2=0

dy3=(yvmax+yvf)*dt3/2

ydv3=yvf-yvmax

xdt2=ydt2

kb=1/(2*xdt2+dt3+dt1)

dx1=((xvi-xvf)*((dt1*dt3)/2+(dx+xvi*xdt2)*dt1)*kb

xdv1=((-xvi-xvf)*dt3+2*dx-2*xvi*(xdt2+dt1))*kb

dx2=(2*dx-dt1*xvi-dt3*xvf)*xdt2*kb

xdv2=0

dx3=((xvf-xvi)*((dt3*dt1)/2+(dx+xdt2*xvf)*dt3)*kb

xdv3=((xvi+xvf)*dt1-2*dx+2*(dt3+xdt2)*xvf)*kb

ENDIF

ELSE !two segment movement

REMARKCalculate dtx and dty to determine dt for segments 1 and 3.

twomovetime (xvi,xvf,xi,xf,xdt)

twomovetime (yvi,yvf,yi,yf,ydt)

REMARKFor two segment movement, dt1 = dt3 = the larger of dtx or dty.

dt1=MAX(xdt,ydt)

dt3=dt1

REMARKCalculate dp and dv for segments 1 and 3.

twosegmentmove

xdt2=0

ydt2=0

dx2=0

dy2=0

xdv2=0

ydv2=0

ENDIF

RETURN

REMARKEnd of procedure gen_move

PROCEDURE twosegmentmove

dx1=dx/2+xvi*dt1/4-xvf*dt1/4

xdv1=dx/dt1-3*xvi/2-xvf/2

dy1=dy/2+yvi*dt1/4-yvf*dt1/4

ydv1=dy/dt1-3*yvi/2-yvf/2

dx3=dx/2-xvi*dt3/4+xvf*dt3/4

xdv3=-dx/dt3+xvi/2+3*xvf/2

dy3=dy/2-yvi*dt3/4+yvf*dt3/4

ydv3=-dy/dt3+yvi/2+3*yvf/2

RETURN

PROCEDURE twomovetime(vi,vf,ip,fp,VAR dt)

LOCAL k1,k2,k3

dt=tmin

k1=3*vi+vf

kls=k1^2

k2=(32/PI)*amax*(fp-ip)

k3=PI/(8*amax)

IF kls+k2>0

dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(kls-k2)))

ENDIF

IF kls-k2>0

dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(kls-k2)))

ENDIF

k1=vi+3*vf

kls=k1^2

IF kls+k2>0

dt=MAX(dt,k3*(-k1+SQR(kls+k2)))

ENDIF

IF kls-k2>0

dt=MAX(dt,k3*(k1+SQR(kls-k2)))

ENDIF

RETURN

다시 도 2를 참조로 하면, 델타 처리(70)에 의해 발생되는 상기 dx,dy,dv, 및 dt 성분들은, 데이터 베이스에 의해 명령을 받을 때, 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)를 이동시키기 위해 요구되는 하프-사인 위치 선정 신호 쪽으로 포지션 프로파일러(72)에 의해 더 처리된다. 이상적으로, 포지셔너 가속도는 원동력(motive force)에 비례하며, 원동력은 리니어 또는 로타리 서보 모터 또는 갈바노미터 코일과 같은 포지셔너 드라이버에 공급되는 전류에 비례한다. 그러므로, 포지션 프로파일러(72)에 의해 발생되는 위치 선정 신호는 도 3A 및 도 3B에 도시된 것들과 같은 운동을 일으키는 "전-범위"(full-spectrum)의 하프-사인 프로파일된 가속도 유도 위치 선정 단계들의 연속이다. 상기 전-범위 대역폭은, 최대 주파수로 전형적인 갈바노미터 구동의 미러 포지셔너를 구동시키기 위해 충분한 대역폭을 갖는, 약 250 Hertz 만을 필요로 한다.

전-범위 위치 선정 신호의 순간값은 DSP(52)에서 작동하는 사인값 발생 프로그램을 위한 변수로서 델타 처리(70)에 의해 발생되는 상기 dx,dy,dv, 및 dt 성분을 사용함에 의해 초당 약 10,000 포인트의 속도로 DSP(52)에 의해 발생된다. 선택적으로, 상기 dx,dy,dv, 및 dt 성분은 DSP(52) 내에 병합되는 사인값 룩업(lookup) 테이블에 저장되는 관련된 사인 파형 값을 어드레스하고 불러내는데 사용될 수 있다.

상기 결과의 전-범위 위치 선정 신호는 프로파일링 필터(78)의 일정한 신호 전파 지연을 DSP(52)에서 보상하는 지연 소자(79)와 일정한 신호 전파 지연을 갖는 프로파일링 필터(78)에 의해 수신되는 가속도 및 위치 성분을 갖는다. 예를 들면, 지연 소자(79)는 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)의 지연 운동과 일치시키기 위해 포지션 프로파일러(72)에 의해 발생되는 레이저 트리거링 펄스를 지연시킨다. 또한, 프로파일링 필터(78)와 지연 소자(79)는, 아래에 기술된 것처럼, 가속도를 ±1g로 제한하는 동시에 느린 스테이지(56,58)를 원활하게 평균 포지션 프로파일로 대신하도록 협력하며, 빠른 스테이지(54)의 위치 선정 운동을 ±10 밀리미터로 제한하도록 협력한다.

위치 성분은 느린 스테이지(56,58)를 가동시키기 위해 필터링된 위치 명령 데이터를 발생시키는 프로파일링 필터(78)에 의해 수신된다. 프로파일링 필터(78)는 수학식 1로서 아래에 나타내어진 제 4차 로우-패스(low-pass) 필터인 것이 바람직하다.

수학식 1에서, ω는 프로파일링 필터(78)의 고유 또는 컷오프(cutoff) 주파수이며, ζ는 상기 프로파일링 필터(78)의 감쇄비이다. ω는 초당 38 라디안(radians)과 같고, ζ는 0.707과 같은 것이 바람직하다. ζ의 0.707 값은, 프로파일링 필터(78)의 컷오프 주파수(ω)에 이르기 까지 주파수와 선형적인 관계를 갖는 위상 지체(phase lag)를 발생시키기 때문에, 임계(critical) 감쇄비로서 언급된다. 상기 선형 위상 지체는 고유 주파수에 이르기 까지 주파수 산출량을 갖는 어떤 하프-사인 위치 선정 신호를 위한 일정한 시간 지연의 결과에 기인한다. 상기 수학식 1의 필터에 대해서, 시간 지연은 4ζ/ω초이다.

프로파일링 필터(78)가 상기 하프-사인 위치 선정 신호 위치 성분에 대해 일정한 시간 지연을 갖는 필터링된 위치 명령 데이터를 발생시키기 때문에, 상기 일정한 시간 지연은 지연 소자(79)에 의해서 보상된다. 지연 소자(79)는, 포지션 프로파일러(72)로부터, 첫 번째의 가산기(adders)(80,82)인, 빠른 스테이지(54)의 신호 처리 소자로 하프-사인 위치 선정 신호 가속도와 위치 성분을 전달하는데 있어 프로그램된 지연으로서 DSP(52)에서 바람직하게 실행된다. 따라서, 빠른 스테이지(54)로 유도되는 하프-사인 위치 선정 신호는 느린 스테이지(56,58)로 유도되는 필터링된 위치 명령과 시간이 동기화된다.

포지션 프로파일러(72)로부터의 가속도 성분은 가산기(80)와 피드 포워드 처리(feed forward process)(94)로 필터링된 가속도 명령을 제공하기 위해 프로파일링 필터(78)에 의해 또한 필터링된다. 가산기(80)는, 피드 포워드 처리(86)로 전달되는, 갈바노 가속도 피드 포워드 신호를 형성하기 위해 전-범위 위치 선정 신호의 가속도 성분으로부터 필터링된 가속도 명령을 감함에 의해 하이-패스(high-pass) 필터로서 기능한다. 마찬가지로, 프로파일링 필터(78)로부터 필터링된 위치 명령과 하프-사인 위치 선정 신호의 지연 위치 성분은, 제각기, 처리 및 분배를 위해 가산기(90,82)로, 제각기, 느린 스테이지(56,58)와 빠른 스테이지(54)로, 전달된다. 갈바노 필터(97)와 서보 필터(98)는 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)를 안정되게 유지시키도록 기능하는 종래의 루프(loop) 보상 필터이다.

프로파일링 필터(78)는 임계 감쇄비를 갖는 둘 또는 그 이상의 제 2차 필터들을 직렬 연결(cascading)함에 의해 실행된다. 직렬 연결된 필터들의 수가 둘 이상으로 증가될 때, 상기 직렬 연결된 필터의 컷오프 주파수는 대략 필터들 수의 제곱근(square root) 만큼씩(예를 들면, 두 개의 필터는 단일 필터의 컷오프에 1.414 배인 컷오프를 갖는다) 증가한다. 두 개의 필터는 전체 필터의 실행을 단순하게 유지시키는 동시에 양호한 원활성을 제공하기 위해 직렬 연결되는 것이 바람직하다.

수학식 1에 의해 나타내어진 프로파일링 필터의 응답은 쌍일차 변환(bilinear transformation)을 통해 불연속 등가량(discrete equivalent)으로 표현될 수 있다. 상기 결과의 디지털 전달 함수는 수학식 2로서 아래에 나타내진다.

종래의 입력과 출력으로 주어지는, 필터 출력(y_k,w_k)에 대한 시간-영역 방정식이 수학식 3과 수학식 4로서 아래에 나타내진다.

y_k=w_k+2w_k-1+w_k-2-b₁y_k-1-b₂y_k-2

w_k=k(V_k+2V_k-1+V_k-2)-b₁w_k-1-b₂w_k-2

상기 수학식 3과 수학식 4 에서의 계수는 아래의 수학식 5에 나타내어진 것처럼 결정된다.

수학식 5에서, T는 필터의 샘플 주기이고 ω는 필터의 컷오프 주파수이며, ζ는 필터의 감쇄비이다.

프로파일링 필터(78)에 대해서, 초당 38 라디안의 컷오프 주파수(약 6헤르쯔)는 DSP(52)가 느린 스테이지(56,58)를 위해 위치 선정 데이터를 갱신(updates)하는 10킬로 헤르쯔와 비교해 매우 낮은 주파수인 것이 바람직하다. 만일 프로파일링 필터(78)가 10킬로 헤르쯔의, 느린 스테이지 갱신 주파수에서 작동한다면, 불연속 필터의 계수는, 불연속 필터의 폴(poles)이 단위 원에 가깝게 이동하기 때문에, 라운드오프(roundoff) 에러에 민감해진다. 그러므로, 프로파일링 필터(78)는 필터 계수가 합리적으로 제어되게 유지시키기 위해 및 필터 방정식의 차수을 줄이기 위해 수학식 3 및 수학식 4에 나타내진 것처럼 두 개의 제 2차 필터로서 작동하는 것이 바람직하다. 또한, 프로파일링 필터(78)는, 가산기(80)와 서보 피드 포워드 처리(94)로 전달되는 필터링된 가속도 명령을 발생시키며, 포지션 프로파일러(72)로부터 가속도 명령을 수신한다.

바람직한 이동 프로파일 명령은 10킬로 헤르쯔의 갱신 속도로 계산되는 것이 바람직하며, 느린 스테이지 가속도와 실제(명령되지 않은) 위치는 제각기 빠른 스테이지 가속도와 위치 명령 신호를 발생시키기 위해 그로부터 가산기(80,82)로 감해진다.

빠른 스테이지의 가속도 명령 신호는 가산기(80)와 피드 포워드 처리(86)를 통해 처리되는 반면에, 빠른 스테이지의 위치 명령 신호는 가산기(82)와 갈바노 필터(97)를 통해 처리된다. 상기 처리된 빠른 스테이지의 신호는, 가산기(84)에 조합되며, 갈바노미터 구동기(88)로 전달된다.

마찬가지로, 느린 스테이지의 필터링된 가속도 명령은 피드 포워드 처리(94)를 통해 처리되는 반면에, 느린 스테이지의 필터링된 위치 명령은 가산기(90)와 서보 필터(98)를 통해 처리된다. 처리된 느린 스테이지의 신호는, 가산기(92)에 조합되며, 리니어 서보 모터 구동기(96)에 전달된다.

갈바노미터 구동기(88)는 빠른 스테이지(54)에 한 쌍의 미러 편향 갈바노미터로 편향 제어 전류를 제공하고, 서보 모터 구동기(96)는 느린 스테이지(56,58)의 위치 선정을 제어하는 리니어 서보 모터로 제어 전류를 제공한다.

도 4는 빠른 스테이지(54)로서 사용하는데 적합한 타입인 종래 기술의 갈바노미터-구동의 미러 포지셔너(100)를 도시한다. 갈바노미터 구동기(88)(도 2)는, 작업물(62) 상의 예정된 목표물 위치에 선택 렌즈(114)를 통해 레이저 빔(60)을 편향시키는 한 쌍의 미러(110,112)를 선택적으로 피봇 회전시키기 위해, 베어링(108)이 구비된 샤프트(107)를 회전시키는 제각각의 X-축과 Y-축의 고속 응답 직류 모터(104,106)로 전도체(102) 상의 회전 제어 전류를 제공한다.

선택적으로, 압전 소자(piezoelectric element), 보이스 코일 액츄에이터(voice coil actuator), 또는 다른 제한된 각도의 고속 포지셔너 장치와 같은, 베어링없는 운동의 포지셔너가 포지셔너 시스템(50)의 갈바노미터로-구동되는 미러 포지셔너(100)를 대신하여 사용될 수 있다.

마찬가지로 도 2를 참조로 하여, 양자 택일적인 정밀 로타리 또는 리니어 포지셔너 메카니즘은 느린 스테이지(56,58)를 구동하는 리니어 서보 모터를 대신할 수도 있다. 그러나, 포지셔너 시스템(50)에서, 느린 스테이지의 위치 명령에 우선적으로 응답하는 리니어 모터가 바람직하다.

두 개의 신호는 작업물(62) 상의 레이저 빔(60)의 실제 위치 및 명령된 위치 사이의 위치 에러를 줄이기 위해 느린 스테이지의 위치 명령 및 빠른 스테이지의 위치 명령과 결합된다. 가산기(82)에 지연된 빠른 스테이지의 위치 명령과 가산기(90)에 필터링된 느린 스테이지의 위치 명령은 스테이지(54,56, 및 58)들의 적절한 위치 선정을 발생시키기 위해 요구되는 이상적인 신호 값을 나타낸다. 그러나, 위치 프로파일러(72)에 의해 발생되는 전-범위 위치 선정 신호에서, 중력, 마찰, 질량, 및 부정확과 같은 실제적인 인자는 변경되지 않은 위치 명령으로 고려되지 않았다.

실제적인 인자는 DSP(52)의 가산기(82,90)에 예상 위치 피드백 데이터를 제공하기 위해 위치 센서(120,122)로 스테이지(54,56, 및 58)들의 실제 위치를 감지함에 의해 설명되어진다. 빠른 스테이지 위치 선정 경로의 가산기(82)는 양쪽의 위치 센서(120,122)로부터 위치 피드백 데이터를 수신하는 것을 주목하자. 위치 센서(120,122)는 회전하는 캐패시터 플레이트, 리니어 및 로타리 인코더 스케일, 또는 적절한 아날로그 대 디지털 및/또는 디지털 대 아날로그 전환 기술과 함께 인터페로미터 모션 디텍터(interferometer motion detectors)를 사용하는 잘 알려진 타입일 수도 있다.

레이저 빔(60)이 작업물(62)을 가로질러 운동하기 때문에, 센싱되는 빔 위치는, 실제적인 인자가 위치 선정 에러를 일으키는 정도를 나타내는 위치 차이를 가지고, 명령된 빔 위치와 연속적으로 비교된다. 특히, 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)의 센싱된 위치 데이터는, 위치 센서(120,122)에 의해 발생되며, 피드 포워드 처리(86)로부터 가속도 데이터와 함께 가산기(84)에 결합되는 위치 차이 데이터를 발생시키기 위해, 가산기(82)의 명령 위치로부터 감해진다. 마찬가지로, 느린 스테이지(56,58)의 센싱된 위치 데이터는, 위치 센서(122)에 의해 발생되며, 피드 포워드 처리(94)로부터 가속도 데이터와 함께 가산기(92)에 결합되는 위치 차이 데이터를 발생시키기 위해, 가산기(90)의 명령 위치로부터 감해진다.

도 5는, 높은-주파수 위치(High-Frequency Position; "HFP") 신호 부분(130)과 낮은-주파수 위치(Low-Frequency Position; "LFP") 신호 부분(132)으로 DSP(52)(도 2)에서 분할되는, 대표적인 전-범위 위치 선정 신호(128)(굵은 선으로 도시된)에 응답하여 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)가 어떻게 운동을 조정하는 가를 도식적으로 도시한다. 상기 HFP 신호 부분(130)은, 전-범위 위치 선정 신호(128)에 대해 AC-접속되는, 25-250 헤르쯔의 하이-패스밴드 부분을 나타내며, LFP 신호 부분(132)은, 전-범위 위치 선정 신호(130)에 대해 직류 접속되는, 0-25 헤르쯔의 로우-패스밴드 부분을 나타낸다.

전-범위 위치 선정 신호(128)(문자 접미사가 붙는, 예를 들면, 128A, 128B, 128C, 및 128D에 의해 유일하게 구별되는)에서 각각의 하프-사인 프로파일된 위치 선정 단계는 HFP 신호 부분(130)(예를 들면, 130A, 130B, 130C, 및 130D)에서 상응되게 구별되는 단계의 원인이 된다. 상기 예에서, 각각의 위치 선정 단계는 약 10 밀리초 만큼씩 인접한 위치 선정 단계로부터 분리되지만, 시간 분리는, 만약 있다면, 공구 경로 데이터 베이스의 시간 데이터 기능을 한다.

도 5는 빠른 스테이지(54)와 느린 스테이지(56,58)가 HFP 신호 부분(130)과 LFP 신호 부분(132)에 어떻게 응답하는 가를 제각기 나타내는 합성의 빠른 스테이지 속도 파형(134)과 합성의 느린 스테이지 속도 파형(136)을 더 나타낸다.

특히, HFP 신호 부분(130A, 130B, 130C, 및 130D)은 빠른 속도 파형 펄스(134A, 134B, 134C, 및 134D)들에 상응시킴에 의해 나타나는 사인 프로파일된 속도 변화를 빠른 스테이지(54)가 겪도록 하는 가속도 세그먼트를 각각 포함한다. 빠른 속도 파형(134)은 네가티브 속도 방향으로 변화되고 초당 약 -100 밀리미터의 값으로 안정되는 베이스 라인(138)을 갖는다. 상기 베이스 라인 이동은 가산기(80)에 지연되고 필터링된 가속도 명령을 결합함에 의해 발생된다.

또한, HFP 신호 부분(130)은 빠른 스테이지(54)가 각각의 빠른 속도 펄스(134)에 어떻게 위치적으로 응답하는 가를 나타낸다. 상기 예에서 요구되는 피크치의 빠른 스테이지 위치 선정 변위는 저-질량의 갈바노미터-구동 미러 포지셔너의 10-밀리미터 리니어 범위 내에 적절히 존재하는 약 2.8밀리미터이다.

또는, LFP 신호 부분(132)은 느린 스테이지(56,58)가 느린 속도 파형(136)에 대해 위치적으로 어떻게 응답하는 가를 나타낸다. 느린 스테이지의 속도 파형(136)은, 포지티브 속도 방향으로 변화되고, 초당 약 +100 밀리미터의 값으로 안정된다. 상기 예에서, 느린 스테이지의 위치는 하나 이상의 느린 스테이지(56,58)가 움직임을 멈추지 않도록 시간에 대해 선형(비례)적으로 변한다.

또한, 전-범위 위치 선정 신호(128)는 파형(132,130)에 의해 제각기 나타나는 결합된 빠른 스테이지 위치와 느린 스테이지 위치로부터 발생하는 네트 위치(net positions)를 나타낸다. 평탄 부분(plateaus)(140A, 140B, 140C, 및 140D)은, 비록 스테이지(54,56, 및 58)가 모두 움직일 지라도, 조정된 위치가 정지중인 동안 10 밀리초 시간 주기를 나타낸다. 이것은 직접적으로 파형(130,132)이 실제적으로 동일하하면서 대향된 기울기로 교차하기 때문에, 평탄 부분(140C)에 대해 명확히 도시되어 있다. 평탄 부분(140)은 레이저(76)가 작업물(62)의 구멍을 가공하기 위해 트리거될 수 있는 동안 시간 주기에 일치한다.

상기 기술된 조정되는 위치 선정은, 구멍을 컷팅하도록 레이저를 점화시키기 위해 각각의 목표물 위치에 멈춘채로 결합되는 공구 경로를 따라서 목표물 위치들 사이에 신속한 운동을 요구하는 레이저 빔 홀 컷팅과 같은 적용에 특히 유익하지만, 상기 적용으로 제한되지 않는다.

도 6은 다수의 작업물(152A, 152B, 152C, ... 152N)이 동시에 처리되는 본 발명의 실시예의 다-헤드 포지셔너(150)를 도시한다.(이후로, 다수의 요소는 문자 접미사 없이, 예를 들면, "작업물(152)" 로 총괄적으로 언급된다). 다-헤드 포지셔너(150)는, 작업물(152)이 Y-축의 느린 스테이지(58)에 고정되고 상기 Y-축의 느린 스테이지(58)에 계속되며, 다수의 빠른 스테이지(154A, 154B, 154C, ... 154N)가 X-축의 느린 스테이지(58)에 계속되도록 구성되는, 느린 스테이지(56,58)들 중의 각각의 하나를 사용한다. 물론, 느린 스테이지(56,58)의 역할은 바뀔 수도 있다.

느린 스테이지(58)로 계속되는 빠른 스테이지(154)의 수가 증가할 때, 상기 빠른 스테이지(154)의 수가 축적되는 양은 증가됨에 따라서 가속되기가 어려워진다. 그러므로, 느린 스테이지(58)로 계속되는 빠른 스테이지(154)의 수(N)는, 비록 N 이 포지셔너의 타입과 적용에 따라 변경될 수도 있지만, 4 개로 한정되는 것이 바람직하다.

각각의 작업물(152)은, 관련되는 미러(158A, 158B, 158C, ... 158N)를 지나서 관련되는 빠른 스테이지(154A, 154B, 154C, ... 154N) 쪽으로 처리 에너지를 유도하는 공정 공구로서, 바람직하게는 레이저(156A, 156B, 156C, ... 156N)와 관계된다. 빠른 스테이지(154)는 관련되는 작업물(152)에 위치되는 사실상 20×20 평방 밀리 미터의 처리 영역(162A, 162B, 162C, ... 162N)의 목표물 위치로 처리 에너지를 편향시킨다.

비디오 카메라(160A, 160B, 160C, ... 160N)는, 관련된 처리 영역(162)을 검사하는 것과, 정렬, 오프셋, 회전, 및 작업물(152)의 치수 변경을 감지하는 것과, 레이저(156)를 조준하고 집중시키는 것을 위해, 느린 스테이지(56)에 위치시킨다.

바람직한 실시예로, 동일한 처리 패턴이 각각의 레이저(156)와 빠른 스테이지(154)에 의해 작업물(152) 상에 복사되었다. 그러나, 몇가지 처리 적용에 있어서, 처리 패턴 변화는 작업물의 기하학 구조, 스케일(scale) 인자, 오프셋, 회전, 변형(distortions)들 중의 변경에 상기 패턴을 매치시킬 것을 요구받을 수 있다. 또한, 느린 스테이지(58) 상에 장착되는 작업물(152) 중 장착 위치 변경에 의해 도입되는 빠른 스테이지의 비선형성과 "애베이 에러(abbe errors)(명령된 공구 위치가 감지된 목표물 위치와 매치되지 않는 정도)를 교정하는 것은 필수적일 수 있다. 종래의 다-축 드릴링 머신과 달리, 다-헤드 포지셔너(150)는, 각각의 빠른 스테이지(154)를 가동시킬 때, 도 7 및 도 8에 참조로 기술된, 프로그램 가능한 정정 인자를 사용함에 의해 상기 기술된 변경들을 보상할 수 있다.

도 7은, 다중-속도 포지셔너 DSP(52)(도 2)가 다-헤드 DSP(170)로 귀착되는, 다수의 빠른 스테이지(154)와 느린 스테이지(56,58)의 위치 선정을 조정하기 위해 어떻게 개조되어야 하는 가를 도시한다. DSP(52)와 마찬가지의 방식으로, 다-헤드 DSP(170) 는 하프-사인 프로파일된 위치 선정 신호 쪽으로 위치 프로파일러(72)에 의해 더 처리되는 시스템 제어 컴퓨터(63)의 dx, dy, dv, 및 dt 성분으로부터 수신된다. 또한, DSP(170)는 DSP(52)와 같은 어떤 동일한 신호 처리 소자, 즉, 프로파일링 필터(78), 지연 소자(79), 피드 포워드 처리(94), 서보 구동기(96), 느린 스테이지(56), 및 위치 센서(122)를 포함한다. 도 7은 단순화되어 있기 때문에, X-축 느린 스테이지(56)의 처리 소자만이 도시되었다. 당업자는 상응하는 Y-축 소자가 포함되었음을 이해할 것이다.

단일의 시스템 제어 컴퓨터(63)만이 느린 스테이지(56,58)와 N의 빠른 스테이지(154)를 구동하도록 요구된다. 다수의 빠른 스테이지의 신호 처리기(172A, 172B, 172C, ... 172N)는 시스템 제어 컴퓨터(63)로부터 빠른 스테이지의 정정 데이터를 각각 수신한다. 상기의 방식으로, 빠른 스테이지의 위치 명령과 현재의 느린 스테이지의 위치 데이터는 각각의 빠른 스테이지(154)가 유일한 에러 정정 데이터에 의해 더 위치조정될 수 있는 목표물 위치의 공통 세트에 배향되도록 각각의 빠른 스테이지 신호 처리기(172)에 의해 수신된다.

도 8은 시스템 제어 컴퓨터(63)로부터의 정정 데이터와 DSP(170)로부터의 빠른 스테이지의 위치 선정 데이터 및 느린 스테이지의 위치 선정 데이터를 수신하는 빠른 스테이지의 신호 처리기(172) 중의 대표적인 하나를 도시한다. 상기 정정 데이터는, 빠른 스테이지의 정정 처리기(182)에 전달되는 빠른 스테이지의 선형성 및 스케일 인자 정정 데이터와, 형상(geometry) 정정 처리기(180)에 전달되는 느린 스테이지 및 작업물에 관련되는 정정 데이터를 포함한다.

정정 데이터는 수학식 또는 룩업 기초 테이블(lookup table-based)일 수 있다. 그러나, 형상 정정 처리기(180)와 빠른 스테이지의 정정 처리기에 의해 사용되는 정정 데이터는, 본 출원의 양수인에게 양도된, 미국 특허 번호 4,941,082에, 광선 빔 위치 선정 시스템(LIGHT BEAM POSITIONING SYSTEM)(이하 상기 특허 번호를 '082라 함)로서 기술된 라인을 따라 수학식에 기초하는 것이 바람직하다.

빠른 스테이지의 선형성과 스케일 인자의 에러는 빠른 스테이지(154)의 개별 특성에 주로 달려 있으며 상대적으로 일정하다. 그러므로, 빠른 스테이지의 정정 처리기(182)는 상대적으로 작고 드문 정정 데이터 변경을 요구한다. 상기 정정 데이터를 발생시키는 것은, 예를 들면, 상기 특허 번호 '082에 기술된 것처럼 관련된 칼리브레이션 목표물 상의 13 곳 이상의 칼리브레이션 지점으로 각각의 빠른 스테이지(154)를 유도하는 것을 수반한다. 반사 에너지 디텍터(detector)는, 유도된 목표물 지점 위치와 실제 목표물 지점 위치 사이의 어떤 차이를 감지하며, 처리를 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 차이 데이터를 제공한다. 상기 결과의 정정 데이터는, 각각의 빠른 스테이지의 정정 처리기(182)에 전달되며, 상기 각각의 빠른 스테이지의 정정 처리기(182)에 저장된다. 또한, 관련된 비디오 카메라(160)에 의해 감지되는 유도된 목표물 지점 위치와 실제 목표물 지점 위치 사이의 어떤 차이가 칼리브레이트되고 보상된다. 느린 스테이지의 선형성과 스케일 인자의 에러는, 상대적으로 또한 일정하며, 그에 따라서, 빈번한 정정 데이터 변경을 필요로 하지 않는다.

다른 한편으로, 느린 스테이지와 작업물 관련 에러는, 상대적으로 변경될 수 있으며, 작업물 배치, 오프셋, 회전, 및 작업물(152) 사이의 치수 변경에 주로 달려 있다. 그러므로, 형상 정정 처리기(180)는 작업물(152)이 변경될 때마다 상대적으로 큰 정정 데이터 변경을 필요로 한다. 상기 정정 데이터를 발생시키는 것은, 예를 들면, 각각의 관련 작업물(152) 상의 두 개 이상, 바람직하게는 네 개 이상의, 예정된 칼리브레이션 목표물로 느린 스테이지(56,58)와 각각의 빠른 스테이지(154)를 유도하는 것을 수반한다. 상기 칼리브레이션 목표물은, 예를 들면, 에칭된 회로 기판(ECB)의 코너, 공구 구멍, 또는 포토에칭(photoetch) 목표물일 수 있다. 각각의 비디오 카메라(160)는, 유도된 칼리브레이션 목표물 위치와 실제의 칼리브레이션 목표물 위치 사이의 차이를 감지하며, 처리를 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 차이 데이터를 제공한다. 각각의 작업물(152)을 위한 상기 결과적인 정정 데이터는 관련된 형상 정정 처리기(180)로 전송되고 저장된다.

각각의 빠른 스테이지 신호 처리기(172)를 위해서, Y-축에 대한 정정 위치 선정 데이터는 정정 처리기(180,182)로부터 피드 포워드 처리(86), 갈바노 구동기(88), 및 빠른 스테이지(154)로 전송된다. 위치 피드백 데이터는, 위치 센서(120)(도 2에서 처럼)에 의해 발생되고, 가산기(184,84)에서 정정을 위해 조합된다. 당업자는 상기 동일한 공정이 X-축의 빠른 위치 선정에 적용됨을 이해할 것이다.

빠른 스테이지(154)에 정정 데이터를 적용함에 있어서, 각각의 빠른 스테이지는 20×20 밀리미터의 최대 선형 위치 선정 범위 내에 18×18 밀리미터의 위치 선정 범위에 한정되는 것이 바람직하다. 나머지 잔류하는 2 밀리미터의 위치 선정 범위는 상기 기술된 정정을 적용하기 위해 사용된다.

상기 기술 내용은 각각의 빠른 포지셔너 스테이지와 느린 포지셔너 스테이지를 위해 단일 축의 운동을 위한 신호 처리를 기술한다. 당업자는 양측 축에 대한 운동, 두 가지의 스테이지, 및 단일 또는 다수의 빠른 포지셔너를 조정하기 위해 신호 처리를 복사하는 방법을 쉽게 이해할 것이다.

예

본 발명의 전형적인 적용은, 다층의 에칭된 회로 기판 내에, 구멍을 통해 블라인드(blind) 처럼, 구멍을 레이저 컷팅하는 것이다. 다층의 에칭된 회로 기판은, 다수의 0.05 내지 0.08 밀리미터 두께의 회로 기판층을 바르게 맞추고, 함께 적층시키며, 라미네이트화하며, 가압함에 의해 전형적으로 제작된다. 각각의 층은, 처리 후, 복잡한 전기 구성 요소의 장착 및 상호 접속 조립체를 구성하는, 다른 상호 접속부 패드 및 전도체 패턴을 전형적으로 포함한다. 에칭된 회로 기판의 구성 요소와 전도체의 밀도 경향은 집적 회로의 밀도 경향과 더불어 증가하고 있다. 그러므로, 에칭된 회로 기판 내의 구멍에 대한 위치 선정 정확도와 치수 공차는 비례적으로 증가한다.

불행하게도, 가압 단계는 에칭된 회로 기판 중에 스케일 인자와 직각도 변화를 이끄는 확장 및 치수 변경을 발생시킨다. 더욱이, 다수의 에칭된 회로 기판(작업물(152))이 느린 스테이지(58)에 취부될 때, 고정물 변경은 상기 에칭된 회로 기판 중에 치수의 회전 및 오프셋 에러를 일으킬 수 있다. 이에 추가하여, 에칭된 회로기판의 두께 변경은 정확하게 미리 결정된 깊이를 갖는 구멍을 기계적으로 드릴링하는데 어려움을 준다.

본 발명은 다음과 같이 상기 기술된 문제를 해결한다. 2 내지 4개의 칼리브레이션 목표물들은, 예정된 위치에, 바람직하게는 각각의 에칭된 회로 기판 상에 각각의 코너의 한 곳에 에칭된다. 비디오 카메라(160)는, 명령된 칼리브레이션 목표물 위치와 실제의 목표물 위치 사이의 차이를 감지하며, 처리를 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 차이 데이터를 제공한다. 상기 결과의 정정 데이터는 형상 정정 처리기(180)로 전송되고 저장된다.

두 개의 칼리브레이션 목표물은 에칭된 회로 기판 중에 회전과 오프셋 변경을 정정하기 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 충분한 차이 데이터를 제공한다. 세 개의 칼리브레이션 목표물은 에칭된 회로 기판 중에 회전, 오프셋, 스케일 인자, 및 직각도 변경을 정정하기 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 충분한 차이 데이터를 제공한다. 네 번째의 칼리브레이션 목표물을 추가하는 것은 각각의 에칭된 회로 기판 내에 사다리꼴 뒤틀림의 정정을 더 고려한다.

에칭된 회로 기판의 두께 변경은 ±0.13 밀리미터(±0.005 인치)의 레이저 영역 깊이에 의해 손쉽게 수용된다.

구멍을 거쳐 블라인드를 처리하는 것은, 촘촘한 깊이, 직경, 및 그에 수반되는 위치 선정 공차 때문에, 어떤 구멍 처리 공구에 대해서 어려운 도전을 나타낸다. 이것은, 구멍을 거치는 블라인드가, 제 1전도체 층(예를 들면, 구리, 알루미늄, 금, 니켈, 은, 팔라듐, 주석, 및 납)을 통해, 하나 또는 그 이상의 유전체 층(예를 들면, 폴리이미드, FR-4 수지, 벤조사이클로부텐, 비스말리이미드 트라이아진(bismaleimide triazine), 시안네이트 에스테르-기초 수지, 세라믹)을 통해, 및 제 2전도체 층에 까지지만, 제 2전도체 층을 통과하지 않고, 전형적으로 처리된다. 상기 결과의 구멍은 제 1전도체 층과 제 2전도체 층을 전기적으로 접속시키기 위해 전도 재료로 도금된다.

다시 도 6을 참조로 하여, 다-헤드 포지셔너(150)는 N이 2, 4, 또는 6이지만 바람직하게는 4와 같이, 짝수인 컷팅 장치를 거쳐 에칭된 회로 기판 블라인드로서 구성된다. 레이저(156A, 156C)는 UV 레이저(파장이 약 355 나노미터 이하)이며, 레이저(156B, 156N)는 IR 레이저(파장이 약 1,000 나노미터 내지 약 10,000 나노미터의 범위에 있으며, 바람직하게는 9,000 나노미터이다)이다. UV 레이저 및 IR 레이저는 실제적으로 다른 파장을 갖기 때문에, 빠른 스테이지(154)를 위한 미러(158)와 광학기는 각각의 관련된 레이저의 파장과 호환을 위해 구성된다.

UV 레이저(156A, 156C)는 적합한 방식으로 제 1전도체 층과 유전체 층의 둘다를 컷팅할 수 있다. 그러나, 레이저 파워 레벨과 펄스 반복 속도는 제 2전도체 층에 가해지는 수용할 수 없는 손상을 방지하기 위해 주의 깊게 제어되어야 한다. 이는 좁은 "가공창(process window)"을 발생시킨다. 그러므로, UV 레이저(156A, 156C)는, 넓은 가공창을 갖는 처리에서, 제 1전도체 층과 유전체 층 부분만을 통해 컷팅되도록 제어된다.

IR 레이저(156B, 156N)는, 제 2전도체 층에 손상을 가하거나 제 2전도체 층을 통해 컷팅함이 없이, 나머지 유전체 층을 통해 컷팅시키기 위해 넓은 가공창을 갖는다. 그러나, 제 1전도체 층은 미리 처리되어야 한다.

컷팅 장치를 거치는 에칭된 회로 기판 블라인드는, 작업물(152A, 152C)의 제 1전도체 층을 통해 컷팅시키기 위한 UV 레이저(156A, 156C)와, 작업물(152B, 152N) 상의 유전체 층을 통해 컷팅시키기 위한 IR 레이저(156B, 156N)를 사용한다.

구멍을 거쳐 블라인드를 컷팅시키기 위해 다-헤드 포지셔너(150)를 사용하는 것은 다음의 바람직한 처리에 따라 진행한다. 예를 들면, 에칭된 회로 기판(ECB1, ECB2,... 및 ECB8)의 8개 작업물의 배치(batch)가 처리된다고 가정하자. 바람직하게는, 전도체 층은 구리이며, 유전체 층은 FR-4 수지이다.

제각각의 UV 레이저(156A, 156C)에 의한 처리를 위해 작업물 위치(152A,152C)의 느린 스테이지(58) 상에 처리되지 않은 ECB1과 ECB2를 장착한다.

다음과 같은 작업물 칼리브레이션 처리를 수행한다:

상기 ECBs 상의 칼리브레이션 목표물 위치에 느린 스테이지(56,58)와 빠른 스테이지(154)를 유도한다;

유도되는 목표물 위치와 실제의 목표물 위치 사이의 차이를 비디오 카메라(160)로 감지하며, 처리를 위해 시스템 제어 컴퓨터(63)에 차이 데이터를 제공한다; 그리고

관련된 빠른 스테이지의 신호 처리기(172)에 상기 ECBs를 위한 정정 데이터를 저장한다.

UV 레이저(156A, 156C)가 목표물 위치의 세트측 ECB1과 ECB2 상의 제 1전도체 층을 통해 컷팅되도록 목표물 위치의 예정된 세트에 느린 스테이지(56,58)와 빠른 스테이지(154)를 위치시킨다.

제각각의 IR 레이저(156B, 156N)에 의한 처리를 위해 작업물 위치(152B, 152N)의 느린 스테이지(58) 상에 중간처리된 ECB1과 ECB2를 재장착한다.

제각각의 UV 레이저(156A, 156C)에 의한 공정을 위해 작업물 위치(152A, 152C)의 느린 스테이지(58) 상에 처리되지 않은 ECB3와 ECB4를 장착한다.

작업물 칼리브레이션 처리를 수행한다.

UV 레이저(156A, 156C)가 ECB3와 ECB4 상의 목표물 위치에 제 1전도체 층을 통해 컷팅되는 반면에, IR 레이저(156B, 156D)가 ECB1과 ECB2 상의 목표물 위치에 유전체 층을 통해 동시에 컷팅되도록, 느린 스테이지(56, 58) 및 빠른 스테이지(154)를 위치시킨다.

느린 스테이지(58)로부터 처리되는 ECB1과 ECB2를 탈거시킨다.

제각기의 IR 레이저(156B, 156N)에 의한 공정을 위해 작업물 위치(152B, 152N)의 느린 스테이지(58) 상에 중간처리되는 ECB3 및 ECB4를 재장착한다.

제각각의 UV 레이저(156A, 156C)에 의한 공정을 위해 작업물 위치(152A, 152C)의 느린 스테이지(58) 상에 처리되지 않은 ECB5와 ECB6을 장착한다.

작업물의 칼리브레이션 처리를 수행한다.

UV 레이저(156A, 156C)가 ECB5와 ECB6 상의 목표물 위치에 제 1전도체 층을 통해 컷팅되는 반면에, IR 레이저(156B, 156D)가 ECB3와 ECB4 상의 목표물 위치에 유전체 층을 통해 동시에 컷팅되도록, 느린 스테이지(56, 58) 및 빠른 스테이지(154)를 위치시킨다.

느린 스테이지(58)로부터 처리된 ECB3와 ECB4를 탈거한다.

제각각의 IR 레이저(156B, 156N)에 의한 공정을 위해 작업물의 위치(152B, 152N)의 느린 스테이지(58) 상에 중간처리되는 ECB5 및 ECB6를 재장착한다.

제각각의 UV 레이저(156A, 156C)에 의한 공정을 위해 작업물의 위치(152A, 152C)의 느린 스테이지(58) 상에 처리되지 않은 ECB7과 ECB8을 장착한다.

작업물의 칼리브레이션 처리를 수행한다.

UV 레이저(156A, 156C)가 ECB7과 ECB8 상의 목표물 위치에 제 1전도체 층을 통해 컷팅되는 반면에, IR 레이저(156B, 156D)가 ECB5와 ECB6 상의 목표물 위치에 유전체 층을 통해 동시에 컷팅되도록, 느린 스테이지(56, 58) 및 빠른 스테이지(154)를 위치시킨다.

느린 스테이지(58)로부터 처리되는 ECB5와 ECB6을 탈거한다.

제각각의 IR 레이저(156B, 156N)에 의해 공정을 위해 작업물 위치(152B, 152N)의 느린 스테이지(58) 상에 중간처리되는 ECB7과 ECB8을 재장착한다.

작업물 칼리브레이션 처리를 수행한다.

IR 레이저(156B, 156D)가 ECB7과 ECB8 상의 목표물 위치측 유전체 층을 통해 컷팅되도록 느린 스테이지(56, 58)와 빠른 스테이지(154)를 위치시킨다.

느린 스테이지(58)로부터 처리되는 ECB7과 ECB8을 탈거한다.

8개 작업물의 구멍을 거치는 블라인드를 컷팅하기 위한 처리가 완료된다. 물론, 처리는 다수의 작업물을 동시에 처리하기 위해 개조될 수 있으며, 배치(batch) 사이즈는, 8로 제한되지 않으며, ECBs에도 제한되지 않는다.

전도체 층을 통해 컷팅하기 위해 UV 레이저(156A, 156C)에 요구되는 시간은 유전체 층을 통해 컷팅하기 위해 IR 레이저(152B, 152N)에 의해 요구되는 시간 보다 전형적으로 더 길다. 그러므로, 더 긴 처리 시간은 처리되는 작업 처리량을 말한다. 목표물 위치가 다-공구 포지셔너(150) 상의 모든 공구에 대해 실제적으로 일치하기 때문에, 다른 처리 시간은 UV 레이저와 IR 레이저를 위해 적절히 다른 레이저 파워 레벨과 펄스 반복 속도를 제공함으로서 산출된다.

몇가지 적용은 약 200 마이크로미터 또는 그 이하의 상대적으로 큰 구멍 직경을 컷팅할 것을 요구한다. UV 레이저(154A, 154C)가 단지 약 20 마이크로미터의 빔 직경을 갖기 때문에, 다-공구 포지셔너(150)는 전도체 층의 상기 구멍을 컷팅하기 위해 UV 빔으로 하여금 나선형 또는 원형 경로를 따르게 해야 한다. 그러므로, 상기 상대적으로 큰 구멍을 컷팅하는 것은 비례적으로 긴 시간이 걸린다. 그러나, IR 레이저(154B, 154N)는 UV 레이저 빔 직경의 약 20배인 약 400 마이크로미터의 빔 직경을 갖는다. 그러므로, 유전체 층을 통해 상기 상대적으로 큰 직경 구멍을 컷팅할 때, 상기 IR 레이저 빔의 적어도 일부분이 전체 구멍을 커버하게 되는 반면에, UV 빔은 전도체 층의 구멍을 컷팅하기 위해 나선 또는 원형 경로를 따른다. 상기 상황 하에서, IR 레이저 빔은 상대적으로 긴 시간 동안 목표물 위치 상에 있으며, 다른 효과적인 처리 시간은 UV 및 IR 레이저를 위해 적절히 다른 레이저 파워 레벨 및 펄스 반복 속도를 제공함으로서 다시 산출된다.

적당한 레이저 파워가 이용가능하다면, 단일 레이저는 적당한 파워 분할 장치를 사용함에 의해 다수의 작업물 중에 공유될 수 있다. 또한, 스위칭 가능한-파장의 레이저가 본 발명에 사용될 수 있다는 것이 상상되어진다.

본 발명은, 치수 및 방향 변경에 의해 야기되는 불량 작업물을 줄이는 동시에 공정 작업 작업량을 극적으로 개선시키는, 위치 선정 정확성, 위치 선정 속도, 최소화 또는 제거된 정지 시간, 패널화되지 않은 공구 경로 데이터 베이스, 최소화된 빠른 스테이지 운동 범위의 개선된 조합을 제공한다.

당업자는 본 발명의 일부가 상기 기술된 레이저 빔 마이크로-기계 처리 실행과 다르게 실행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 예를 들면, 단일 또는 다-헤드 구성에서 널리 다양한 공구들이 마이크로-치수의 드릴링, 펀칭, 레이저, 레이저 빔, 방사빔, 입자빔, 빔 발생 장치, 현미경, 렌즈, 광학 기구, 및 카메라와 같은, 빠른 포지셔너 스테이지에 의해 이동될 수 있다. 또한, 많은 다른 위치 선정 장치들이, 갈바노미터, 보이스 코일, 압전 변환기, 스텝 모터, 및 리드 스크류 포지셔너들 중에서부터 끌어내는 다른 조합으로 사용될 수 있다. DSPs는, 완전히 디지털일 필요는 없으며, 예를 들면, 아날로그와 디지털 서브 회로의 어떤 적당한 조합을 포함할 수 있다. 물론, 위치 선정 신호 프로파일, 스펙트럼 대역폭 및 진폭, 여기에 기술된 필터 특성은 다른 위치 선정 적용의 요구를 따르도록 모두 개조될 수 있다.

많은 다른 변경이 기초 원리로부터 이탈함이 없이 본 발명에 대한 상기 기술된 실시예의 상세한 설명에 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 자명해질 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 다음의 청구항들에 의해서만 결정되어야 한다.

Claims

데이터 베이스로부터 수신되는 한 세트의 위치 선정 명령에 응답하여 다수의 관련 작업물 상에 한 세트의 목표물 위치에 관련되는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치에 있어서,

상기 다수의 공구와 상기 다수의 관련된 작업물 사이에 큰 범위의 상대 운동에 영향을 주는 느린 포지셔너 스테이지(stage)와;

상기 다수의 공구와 상기 다수의 관련된 작업물 사이에 작은 범위의 상대 운동에 영향을 주는 다수의 빠른 포지셔너 스테이지와;

상기 한 세트의 위치 선정 명령으로부터 느린 운동 제어 신호 및 빠른 운동 제어 신호를 이끌어내는 위치 선정 신호 처리기와;

상기 느린 운동 제어 신호에 응답하여 상기 느린 포지셔너 스테이지에 대해 상기 큰 범위의 상대 운동을 제어하는 느린 포지셔너 구동기와; 그리고

상기 빠른 운동 제어 신호에 응답하여 상기 관련된 빠른 포지셔너 스테이지에 대해 상기 작은 범위의 상대 운동을 제어하는 다수의 빠른 포지셔너 구동기를, 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 다중의 공구 중 하나 이상은 제 1파장을 갖는 레이저 빔이며, 상기 하나 이상의 다수의 공구는 제 2파장을 갖는 레이저 빔인 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 느린 포지셔너 스테이지는 X-축 병진 스테이지와 Y-축 병진 스테이지를 포함하며, 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지는 상기 X-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 3항에 있어서, 상기 다수의 작업물은 상기 Y-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 느린 포지셔너 스테이지와 상기 빠른 포지셔너 스테이지는 상기 느린 포지셔너 스테이지와 상기 빠른 포지셔너 스테이지가 움직이는 동안 상기 다수의 공구가 상기 다수의 작업물에 대해 일시적으로 고정되게 하도록 상기 스테이지의 상대 운동을 조정하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 5항에 있어서, 상기 다수의 공구는 상기 다수의 공구가 상기 다수의 작업물에 대해 일시적으로 고정되게 되는 시간 주기 동안 상기 다수의 관련 작업물을 처리하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 1항에 있어서, 상기 다수의 관련된 작업물은 각각 실제적으로 동일한 세트의 칼리브레이션 목표물을 구비하며, 상기 다수의 작업물은 상기 세트의 칼리브레이션 목표물이 세트 간에 위치 선정 에러를 나타내도록 위치되며, 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지들은, 상기 다수의 공구가 상기 다수의 관련된 작업물 상에 상기 세트의 목표물 위치에 동시에 위치될 수 있게 하도록, 상기 위치 선정 에러를 보상하기 위해 상기 작은 범위의 상대 운동을 정정하도록, 상기 위치 선정 신호 처리기와 상호 연결되는 관련된 빠른 스테이지의 신호 처리기를 각각 구비하는 것을, 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 상기 위치 선정 에러는 상기 빠른 포지셔너 스테이지와 관련되는 스케일 인자 에러와 하나 이상의 선형성(linearity) 에러에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 상기 위치 선정 에러는 상기 느린 포지셔너 스테이지와 상기 하나 이상의 작업물과 관련되는 치수 에러에 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 상기 위치 선정 에러는, 상기 어떤 작업물 중의 하나 이상의 회전 차이와, 상기 어떤 작업물 중의 오프셋 차이와, 상기 어떤 작업물 중의 스케일 인자 차이와, 상기 어떤 작업물 중의 직각도 에러와, 상기 어떤 작업물 중의 사다리꼴 변형 중 하나 이상에, 의해 야기되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
제 7항에 있어서, 상기 다수의 작업물 상에 상기 세트의 칼리브레이션 목표물을 감지하고, 상기 위치 선정 에러를 보상하기 위해 처리되는 차이 데이터를 제공하는, 비디오 카메라를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 장치.
데이터 베이스로부터 수신되는 한 세트의 위치 선정 명령에 응답하여 다수의 관련된 작업물 상에 한 세트의 목표물 위치에 대해 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법에 있어서,

상기 다수의 공구와 상기 다수의 관련된 작업물 사이에 큰 범위의 상대 운동에 영향을 주기 위한 느린 포지셔너 스테이지를 제공하는 단계와;

상기 느린 포지셔너 스테이지에 상기 다수의 작업물을 장착하는 단계와;

상기 다수의 공구와 상기 다수의 관련된 작업물 사이에 작은 범위의 상대 운동에 영향을 주기 위한 다수의 빠른 포지셔너 스테이지를 제공하는 단계와;

느린 운동 제어 신호와 빠른 운동 제어 신호를 발생시키기 위해 상기 세트의 위치 선정 명령을 처리하는 단계와;

상기 느린 운동 제어 신호에 응답하여 상기 큰 범위의 상대 운동 내에 상기 느린 포지셔너 스테이지를 가동하는 단계와;

상기 빠른 운동 제어 신호에 응답하여 상기 작은 범위의 상대 운동 내에 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지를 가동하는 단계와;

상기 느린 포지셔너 스테이지와 상기 빠른 포지셔너 스테이지가 움직일 때, 상기 다수의 공구가 예정된 시간 주기 동안 상기 다수의 작업물에 대해 일시적으로 고정되게 하도록 상기 큰 범위의 상대 운동과 상기 작은 범위의 상대 운동을 조정하는 단계를, 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 12항에 있어서, 상기 작업물은 회로 기판이며, 상기 다수의 공구는 레이저 빔이며, 상기 방법은 상기 회로 기판에 대해 관련되는 어떤 것 내의 구멍을 컷트하기 위해 상기 예정된 시간 주기 동안 상기 레이저 빔을 발사(triggering)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 13항에 있어서, 상기 회로 기판은 상기 각각의 레이저 빔의 깊이 영역에 의해 보상되는 두께 변경을 갖는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 12항에 있어서, 상기 느린 포지셔너 스테이지는 X-축 병진 스테이지와 Y-축 병진 스테이지를 포함하며, 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지는 상기 X-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 15항에 있어서, 상기 다수의 작업물은 상기 Y-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 12항에 있어서, 상기 다수의 작업물의 각각에 대해 실제적으로 일치하는 세트의 칼리브레이션 목표물을 확인하는 단계와;

세트 간에 위치 선정 에러를 구별하기 위해 상기 세트의 칼리브레이션 목표물의 위치 선정을 감지하는 단계와;

상기 감지된 위치 선정 에러를 처리하는 단계와; 그리고

상기 다수의 공구가 상기 다수의 관련된 작업물 상에 상기 세트의 목표물 위치에 동시에 위치될 수 있도록 상기 위치 선정 에러를 보상하기 위해 상기 작은 범위의 상대 운동을 정정하는 단계를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 17항에 있어서, 상기 감지 단계는 하나 이상의 비디오 카메라을 사용하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 17항에 있어서, 두 개의 이상의 칼리브레이션 목표물이 일치되고, 상기 위치 선정 에러는 상기 다수의 작업물 중에 회전과 오프셋 변경을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 17항에 있어서, 세 개 이상의 칼리브레이션 목표물이 일치되고, 상기 위치 선정 에러는 상기 다수의 작업물 중에 회전, 오프셋, 스케일 인자, 및 직각도 변경을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
제 17항에 있어서, 네 개 이상의 칼리브레이션 목표물이 일치되고, 상기 위치 선정 에러는 상기 다수의 작업물 중에 회전, 오프셋, 스케일 인자, 직각도, 및 사다리꼴 변형 변경을 포함하는 것을 특징으로 하는 다수의 공구를 동시에 위치시키기 위한 방법.
하나 이상의 제 1전도체 층, 유전체 층, 및 제 2전도체 층을 각각 구비하는 적어도 제 1, 2의 실제적으로 일치하는 회로 기판들 내에 예정된 구멍 패턴을 컷팅하기 위한 방법에 있어서,

제각각의 제 1파장 및 제 2파장을 갖는 적어도 제 1레이저 빔과 제 2레이저 빔을 발생시키는 단계와;

상기 레이저 빔과 상기 회로 기판의 사이에 큰 범위의 상대 운동에 영향을 주는 느린 포지셔너 스테이지 상에 상기 회로 기판을 장착하는 단계와;

상기 레이저 빔과 상기 회로 기판에 관련되는 것의 사이에 작은 범위의 상대 운동에 영향을 주는 적어도 제 1빠른 포지셔너 스테이지와 제 2빠른 포지셔너 스테이지를 제공하는 단계와; 그리고

상기 제 2레이저 빔이 상기 제 2회로 기판의 상기 유전체 층 내에 상기 예정된 구멍 패턴을 컷팅하는 동시에, 상기 제 1레이저 빔이 상기 제 1회로 기판의 상기 제 1전도체 층 내에 상기 예정된 구멍 패턴을 컷팅하도록, 상기 큰 범위의 상대 운동과 상기 작은 범위의 상대 운동을 조정하는 단계를, 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 예정된 구멍 패턴을 따라서 상기 회로 기판에 대해 상기 레이저를 위치시키기 위해 느린 운동 제어 신호와 빠른 운동 제어 신호를 발생시키는 단계와;

상기 느린 운동 제어 신호에 응답하여 상기 큰 범위의 상대 운동 내에 상기 느린 포지셔너 스테이지를 가동시키는 단계와; 그리고

상기 빠른 운동 제어 신호에 응답하여 상기 작은 범위의 상대 운동 내에 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지를 가동시키는 단계를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 느린 포지셔너 스테이지는 X-축 병진 스테이지와 Y-축 병진 스테이지를 포함하며, 상기 다수의 빠른 포지셔너 스테이지는 상기 X-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 24항에 있어서, 상기 회로 기판은 상기 Y-축 병진 스테이지 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 제 1레이저 빔은 자외선 레이저에 의해 발생되고 상기 제 2레이저 빔은 적외선 레이저에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 제 1파장은 약 355 나노미터 이하이고 상기 제 2파장은 약 1,000 나노미터 내지 약 10,000 나노미터인 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 조정 단계는 상기 제 1레이저 빔과 제 2레이저 빔이 상기 제 1회로 기판의 제 1전도체 층과 상기 제 2회로 기판의 상기 유전체 층을 동시에 커팅하도록 수행되는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 22항에 있어서, 상기 회로 기판의 각각에 대해 실제적으로 일치되는 세트의 칼리브레이션 목표물을 일치시키는 단계와;

상기 각각의 회로 기판과 관련되는 위치 선정 에러를 확인하기 위해 상기 세트의 칼리브레이션 목표물의 위치 선정을 감지하는 단계와;

상기 감지된 위치 선정 에러를 처리하는 단계와; 그리고

상기 각각의 레이저 빔이 관련된 회로 기판 상의 상기 예정된 구멍 패턴에 정확히 위치될 수 있도록 상기 위치 선정 에러를 보상하기 위해 상기 작은 범위의 상대 운동을 정정하는 단계를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
적어도 제 1전도체 층, 유전체 층, 및 제 2전도체 층을 각각 구비하는 한 세트의 실제적으로 일치하는 회로 기판 내에 예정된 구멍 패턴을 컷팅하기 위한 방법에 있어서,

상기 제 1전도체 층을 컷팅하는데 적합한 제 1세트의 레이저 빔과 상기 유전체 층을 컷팅하는데 적합한 제 2세트의 레이저 빔을 발생시키는 단계와;

상기 레이저 빔과 상기 회로 기판의 사이에 큰 범위의 상대 운동에 영향을 주는 느린 포지셔너 스테이지 상에 상기 회로 기판의 제 1서브 세트와 제 2서브 세트를 장착시키는 단계와;

상기 레이저 빔과 상기 회로 기판의 관련되는 것의 사이에 작은 범위의 상대 운동에 영향을 주는 적어도 제 1의 빠른 포지셔너 스테이지와 제 2의 빠른 포지셔너 스테이지를 제공하는 단계와; 그리고

상기 제 2세트의 레이저 빔이 상기 회로 기판의 상기 제 2서브 세트의 상기 유전체 층 내에 상기 예정된 구멍 패턴을 컷팅함과 동시에, 상기 제 1세트의 레이저 빔이 상기 회로 기판의 상기 제 1서브 세트의 상기 제 1전도체 층 내에 상기 예정된 구멍 패턴을 컷팅하도록 상기 큰 범위의 상대 운동과 작은 범위의 상대 운동을 조정하는 단계를, 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅하기 위한 방법.
제 30항에 있어서, 상기 예정된 구멍 패턴이 상기 각각의 회로 기판 내에 정확히 컷팅되도록, 상기 빠른 포지셔너 스테이지에 관계되는 것의 상기 작은 범위의 상대 운동을 정정하고, 상기 느린 스테이지 포지셔너 상에 장착되는 각각의 회로 기판 상의 칼리브레이션 목표물을 감지하는 단계를, 포함하는 작업물의 칼리브레이션 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅하기 위한 방법.
제 30항에 있어서, 상기 느린 포지셔너 스테이지로부터 상기 회로 기판의 상기 제 2서브 세트를 제거하는 단계와;

상기 제 2세트의 레이저 빔에 의한 컷팅을 위해 상기 느린 포지셔너 스테이지 상에 상기 회로 기판의 상기 제 1서브 세트를 재장착하는 단계와;

상기 제 1세트의 레이저 빔에 의한 컷팅을 위해 상기 느린 포지셔너 스테이지 상에 상기 회로 기판의 제 3서브 세트를 장착하는 단계와; 그리고

상기 조정 단계를 반복하는 단계를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 32항에 있어서, 상기 반복 단계 전에 작업물 칼리브레이션 처리를 수행하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.
제 33항에 있어서, 상기 회로 기판의 상기 전체 세트가 처리될 때까지, 상기 제거하는 단계와, 상기 재장착하는 단계와, 상기 제 3서브 세트를 장착하는 단계와, 그리고 상기 조정하는 단계를, 더 포함하는 것을 특징으로 하는 예정된 구멍 패턴을 컷팅시키기 위한 방법.