KR20040080359A - 이동식 갠트리 위치 측정 장치 - Google Patents

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에이에스엠 테크놀러지 싱가포르 피티이 엘티디
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Abstract

XY 위치 설정 테이블의 갠트리 비임상에 캐리지의 작업 지점과 같은 작업 지점을 작업 공간에 대한 위치 설정은 적어도 두 세트의 변위들을 측정함으로써 결정된다. 갠트리 비임과 같은 중간 요소에 대한 작업 지점의 제 1 세트의 변위들은 제 1 선형 자유도에서 비교적 큰 변위(X)와 제 1 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들(Y1', Y2')을 포함한다. 상기 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 세트의 변위들은 제 2 선형 자유도에서 비교적 큰 변위(Y1, Y2)와 제 2 자유도 이외의 5개의 자유도 중에서 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들(X1', X2')을 포함한다.

Description

이동식 갠트리 위치 측정 장치{Determination of a movable gantry position}
본 발명은 이동식 갠트리(gantry) 시스템에 관한 것으로, 특히 상기 갠트리 시스템에 지지된 장치의 위치를 정확하게 측정하기 위한 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 적용 분야는 실질적으로 수직하게 연속적으로 적층된 이동 스테이지를 갖는 매우 정밀한 갠트리 위치 설정 시스템에 관한 것이다. 상기 시스템은 다이 배치 머신, 웨이퍼 검사 머신 및 좌표 측정 머신에 적용되고, 실질적으로 고정된 작업 영역에 자유롭게 접근할 수 있는 정밀한 위치 설정 시스템에 적용되는 것이다.
본 명세서에서 갠트리 시스템을 참조하는 것은 다축 위치 설정 시스템을 갖는 것으로 이해해야 하고, 이에 의해 장치는 이차원 평면 또는 3차원 공간에 정확하게 위치 설정되어야 한다. 통상적인 이차원 장치에서, 상기 장치는 갠트리 비임을 따라 제 1 방향에서 전후로 이동할 수 있는 캐리지에 의해 지지된다. 갠트리 비임은 통상 제 1 방향과 수직한 제 2 방향에서 전후로 이동할 수 있다. 갠트리 비임은 통상 한 쌍의 캐리지에 의해 양 단부에 지지된다. 3차원으로의 이동이 요구된다면, 상기 장치는 캐리지상에 이동가능하게 지지되므로 상기 장치는 제 1 및 제 2 방향 모두와 통상 수직한 제 3 방향으로 이동가능하다. 제 3 방향은 통상 직교 XYZ 축이다.
통상적인 종래의 위치 설정 장치는 T형 또는 H형 형상의 갠트리들을 포함한다. 이들 위치 설정 시스템에서, XY 평면에서의 측정은 X 및 Y 액츄에이터들과 각각 일치하는 머신 판독성 위치 설정 부호화 스케일들을 장착함으로써 실행된다. 이런 레이아웃은 간단히 실행되고 서보 제어 건축 구조는 간단하다.
도 1은 H형 형상을 갖는 갠트리 시스템인 상기 시스템의 평면도이다. 하나의 적용은 표면 장착 기술(SMT) 배치 머신이다. 갠트리 시스템은 작업 영역(19), 예를 들면 SMT 장치의 기판 표면에 걸쳐서 위치 설정 장치(18)를 제어한다.
상기 장치(18)는 X 액츄에이터 캐리지(14)상에 장착된다. 캐리지는 X 갠트리 비임(13)을 따라 X 방향으로 이동한다. X 갠트리 비임의 단부는 Y 방향으로 X 비임의 이동을 제공하기 위해 각 Y 액츄에이터 캐리지들(11, 12)상에 장착된다. Y 액츄에이터 캐리지(11, 12)에 있는 각 센서들은 각 머신 판독성 위치 설정 부호화 스케일들(15, 16)로부터 X 비임(13)과 X 캐리지(14)의 Y 위치를 결정하기 위해 사용된다. X 캐리지(14)에 있는 센서는 X 갠트리(13)에 고정되는 머신 판독성 위치 설정 부호화 스케일(17)로부터 X 캐리지의 X 위치를 결정하기 위해 사용된다.
이러한 시스템의 단점은 최종 전체 위치 설정 정확도를 저하시키는 기생 에러에 대한 정보의 부족에 있다. 상기 에러는 양 축에서 발생하고, 직선에 대한 기울기와 편차를 포함한다. 기생 에러가 일정한 정도, 예를 들면 용량 맵핑과 같은 간접 교정 공정에 의해 보상되는 한편, 상기 에러는 시간을 변경, 예를 들면 갠트리 시스템 또는 그 요소들에서 장기간의 차원적 불안정성 또는 열적 변형으로 인해 시간을 변경시키는 경향이 있다. 재교정의 빈도수는 주변 조건의 안정성 뿐만 아니라 요구된 정밀도 레벨로부터 결정된다. 재교정이 주기적으로 실행될때에 조차도, 기계적 시스템내에서 교정할 수 없는 에러, 예를 들면 랜덤, 비반복성 에러가 남아있다. 이들 에러는 도 1을 참조하여 상술한 시스템으로 달성할 수 있는 위치 설정 정밀도의 최종 레벨에 대한 한계를 나타낸다.
약 400㎜ ×400㎜의 면적에 걸쳐서 마이크로메터 레벨의 절대 정밀도로 이차원 측정을 동결시키는 것이 기술적으로 가능하다. 필요하다면, 다른 개량은 에러 맵핑에 의해 나노메터 정밀도를 달성할 수 있다. 상기 이차원 그리드는 제로 팽창 글래스 기판을 사용함으로써 거의 완전히 온도와 무관하게 이루어질 수 있다. 적합한 재료의 실예는 0 ±0.02ppm의 열팽창 계수(CTE)를 갖는 제로듀(zerodur) 또는 매우 낮은 열팽창 재료(ULE)를 포함한다.
상기 적합한 치수의 그리드는 갠트리 시스템의 절대 에러 맵핑을 위한 주작업 레벨에서 사용할 수 있다. 이 공정은 빠르고 직접적이며, 정당한 시간 간격내에서 향상된 정밀도를 위해 반복 측정할 수 있고, 열적 변경은 메카트로닉스 시스템의 치수 안정성의 하찮은 효과를 갖는다.
도 2는 갠트리 시스템 위에 직접 배치된 적합한 치수의 그리드(21)에 부가한 도 1의 갠트리 시스템의 단면도이다. 그리드는 작업 영역(19)에 대해 충분한 평탄도와 평행성으로 배치된다. 룩-업(look-up) 센서 헤드(22)는 갠트리의 순간적인 X와 Y 위치를 판독한다. 그러나, XY 위치가 작업 영역 위에 수직 방향으로 배치된 그리드(21)의 레벨에서 이루어진다면 이 위치가 판독된다. 상술한 바와 같이, 갠트리 비임과 X 캐리지의 피치와 롤로 인한 아베(Abbe) 에러는 정당한 레벨 내에 유지되거나 또는 보상된다.
아베 에러는 양호하게는 XY 측정을 위해 이미 제공된 그리드(21)일 수 있는 편평한 기준면에 대해 갠트리를 실시간으로 피치와 롤을 측정함으로써 보상된다. 이러한 계측 시스템에 대해, 교정이 요구되지 않고, 열적 효과로 인한 치수 변경은 소정 정도로 쉽게 측정되고 보정될 수 있다. 사실상, 갠트리는 그 안내 시스템의품질 뿐만 아니라 측정 시스템의 품질도 더 이상 신뢰할 수 없다. 그러나, 이 시스템은 '오버헤드' 이차원 그리드(21)에 의해 커버되는 작업 영역(19)에 대한 시인성과 접근성이 부족한 결점으로 인해 여전히 곤란을 격고있다.
도 1은 종래 기술의 위치 설정 장치의 개략 평면도.
도 2는 작업 영역 위의 이차원 그리드에 부가하는 도 1의 위치 설정 장치인 종래 기술의 위치 설정 장치의 개략 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 적합한 위치 설정 장치의 개략 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 위치 설정 시스템의 복합 센서 헤드의 일반적인 실시예의 등각도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
1, 2 : 액츄에이터 캐리지 3 : 갠트리 비임
4 : 캐리지 5, 6, 7 : 스케일
8 : 위치 설정 장치(작업 지점) 9 : 작업 공간
본 발명의 목적은 이동되거나 또는 적어도 위치를 결정하기 위해 주변 조건에 대해 이동가능한 장치의 상대 위치를 결정하는 방법 및 장치를 제공하는 것으로, 상술한 종래 기술의 몇몇 문제점의 영향을 감소시킨다.
일 특징에서, 본 발명은 넓게 말해서 작업 공간에 대한 작업 지점의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템이라 할 수 있고, 위치 측정 시스템은 적어도 제 1 및 제 2 측정 모듈을 포함하며, 제 1 측정 모듈은 중간 요소에 대해 작업 지점의 제 1 세트의 변위를 측정할 수 있고, 제 1 세트의 측정된 변위들은 제 1 선형 자유도에서 비교적 큰 변위와 상기 제 1 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하며, 제 2 측정 모듈은 작업 공간에 대해 중간 요소의 제 2 세트의 변위들을 측정할 수 있고, 제 2 세트의 측정된 변위들은 제 1 자유도와는 다른 제 2 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하며, 제 2 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함한다.
적합하게는, 위치 측정 시스템은 제 2 자유도에서 작업 공간에 대한 중간 요소의 변위를, 제 2 모듈에 의해 이루어지는 측정의 위치로부터 상기 자유도와 수직하게 오프셋된 위치에서, 부가로 측정할 수 있는 측정 장치를 부가로 포함한다.
적합하게는, 부가적인 측정은 위치 측정 시스템의 자기 교정을 위해 사용되는 여분의 변위 정보를 포함한다.
임의로, 작업 공간은 3차원 용적이고, 제 1 세트의 변위들은 중간 요소의 제 1 부품에 대한 작업 지점이며, 제 2 세트의 변위들을 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 부품이며, 위치 측정 시스템은 중간 요소의 제 2 부품에 대한 중간 요소의 제 1 부품의 제 3 세트의 변위들을 측정할 수 있는 적어도 제 3 측정 모듈을 포함하고, 제 3 세트의 측정된 변위들은 제 1 및 제 2 자유도와는 다른 제 3 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하며, 또한 제 3 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함한다.
적합하게는, 각 측정 모듈은 복수의 광학적으로 부호화된 스케일들과 복수의 광학적 판독 헤드들로 구성되고, 각 모듈의 스케일들과 헤드들은 교차 방향으로 증분 변위들의 측정과 같은 변위들을 측정할 수 있다.
적합하게는, 광학적으로 부호화된 스케일들은 절대 교차 그리드에 대해 미리 교정된다.
적합하게는, 광학적으로 부호화된 스케일들은 실질적으로 제로 열팽창 계수를 갖는 기판상에서 제조된다.
대안적으로, 광학적으로 부호화된 스케일들은 높은 열전도성을 갖는 기판상에서 제조된다.
적합하게는, 광학적으로 부호화된 스케일들은 광학 격자들이다.
적합하게는, 각 측정 모듈은 길이 방향으로 실질적으로 편평한 측면을 갖는 기판상에서 일방향으로 길게 연장하는 광학적으로 부호화된 격자를 포함하고, 상기편평 측면은 격자의 평면에 대해 실질적으로 수직하며, 상기 모듈은 격자의 길이 방향에서 변위들을 측정할 수 있는 적어도 하나의 광학 판독 헤드와 편평 측면의 평면에 대한 변위들을 측정할 수 있는 적어도 하나의 비접촉 센서를 또한 포함한다.
적합하게는, 비접촉 센서는 용량성, 전도성 또는 광학적 센서이다.
적합하게는, 제 1 측정 모듈의 제 1 부품은 작업 지점에 대해 운동학적으로 고정되고, 제 1 측정 모듈의 제 2 부품은 중간 요소의 적어도 하나의 부품에 대해 운동학적으로 고정된다.
적합하게는, 제 2 측정 모듈의 제 1 부품은 중간 요소에 대해 운동학적으로 고정되고, 제 2 측정 모듈의 제 2 부품은 작업 공간에 대해 운동학적으로 고정된다.
제 2 특징에서, 본 발명은 넓게 말해서 상술한 경험과 선택과 대안과 함께 또는 관계없이 본 발명의 제 1 특징의 위치 측정 시스템을 포함하고, 운동학적으로 순차 체인에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 이동 액츄에이터를 포함하며, 작업 공간에 작업 지점을 위치하기 위해 작동하는 다축 위치 설정 장치라고 할 수 있고, 제 1 액츄에이터는 중간 요소에 대해 작업 지점을 이동시키고 제 2 액츄에이터는 작업 공간에 대해 중간 요소를 이동시킨다.
적합하게는, 위치 설정 장치는 갠트리 비임에 의해 지지되는 캐리지를 갖는 갠트리 테이블이고, 상기 캐리지는 작업 지점을 운반하며, 상기 갠트리 비임은 중간 요소이고, 상기 제 1 액츄에이터는 캐리지와 작업 지점을 갠트리 비임에 대해이동시키기 위해 작동하며, 제 2 액츄에이터는 작업 공간에 작업 지점을 위치 설정하도록 갠트리 비임을 작업 공간에 대해 이동시키기 위해 작동하고, 상기 갠트리 비임의 이동은 갠트리 비임에 대해 캐리지와 작업 지점의 이동과 평행하지 않다.
적합하게는, 갠트리 테이블은 H형 형상을 갖는 XY 위치 설정 테이블이고, 캐리지는 X측 방향으로 갠트리 비임을 따라 이동하며, 상기 비임은 실질적으로 평행한 두개의 Y축 트랙들을 따라 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 각 단부에 지지되고, 상기 X 및 Y축들은 실질적으로 수직하다.
대안적으로, 갠트리 테이블은 T형 형상을 갖는 XY 위치 설정 테이블이고, 캐리지는 X축 방향으로 갠트리 비임을 따라 이동하며, 비임은 Y축 트랙을 따라 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 일 단부에 지지되며, X 및 Y 축은 실질적으로 수직하다.
제 3 특징에서, 본 발명은 넓게 말해서 작업 공간에 대해 작업 지점의 위치를 결정하는 방법이고, 상기 방법은 중간 요소에 대한 작업 지점의 제 1 세트의 변위들을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 제 1 세트의 측정된 변위들은 제 1 선형 자유도에서 비교적 큰 변위와 제 1 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하고, 상기 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 세트의 변위들을 측정하는 단계를 또한 포함하며, 상기 제 2 세트의 측정된 변위들은 제 1 자유도와는 다른 제 2 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하고, 또한 제 2 자유도 이외의 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하며, 상기 제 1 및 제 2 세트의 변위로부터 작업 공간에 대한 작업 지점의 위치를결정하는 단계를 또한 포함한다.
적합하게는, 작업 공간은 3차원 용적이고, 제 1 세트의 변위들은 중간 요소의 제 1 부품에 대한 작업 지점이며, 제 2 세트의 변위들은 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 부품이고, 상기 방법은 중간 요소의 제 2 부품에 대한 중간 요소의 제 1 부품의 제 3 세트의 변위들을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 제 3 세트의 측정된 변위들은 제 1 및 제 2 자유도와는 다른 제 3 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하고, 또한 3 자유도 이외의 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함한다.
적합하게는, 상기 변위들은 광학적으로 부호화된 스케일들과 광학적 판독 헤드들을 사용하여 직교 방향에서 측정된다.
적합하게는, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 실질적으로 제로 열팽창 계수를 갖는 기판상에서 제조된다.
대안적으로, 광학적으로 부호화된 스케일들은 높은 열 전도성을 갖는 기판상에서 제조된다.
적합하게는, 광학적으로 부호화된 스케일들은 광학적 격자들이다.
제 4 특징에서, 본 발명은 넓게 말하면 본 발명의 제 3 특징의 작업 공간에 작업 지점을 위치 설정하는 방법이고, 작업 지점의 위치를 결정하는 방법을 포함하며, 운동학적으로 순차 체인에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 이동 액츄에이터들에 의해 작업 지점을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 제 1 액츄에이터는 작업 지점을 중간 요소에 대해 이동시키며, 제 2 액츄에이터는 중간 요소를 작업 공간에 대해 이동시킨다.
적합하게는, 상기 방법은 중간 요소인 갠트리 비임에 의해 지지되어 작업 지점을 운반하는 캐리지를 갖는 갠트리 테이블을 사용하는 단계와, 상기 갠트리 비임에 대해 캐리지와 작업 지점을 이동시키기 위한 제 1 액츄에이터를 작동시키는 단계, 및 작업 공간에 작업 지점을 위치시키도록 작업 공간에 대해 갠트리 비임을 이동시키기 위해 제 2 액츄에이터를 작동시키는 단계를 포함한다.
적합하게는, 갠트리 테이블은 H형 형상을 갖고, 상기 비임은 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 각 단부에 지지되며, X축 방향으로 갠트리 비임을 따라 캐리지를 이동시키는 단계와, 실질적으로 평행한 두개의 Y축 트랙들을 따라 갠트리 비임을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직하다.
대안적으로, 갠트리 테이블은 T형 형상을 갖고, 상기 비임은 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 일 단부에 지지되며, X축 방향으로 갠트리 비임을 따라 캐리지를 이동시키는 단계와, Y축 트랙을 따라 갠트리 비임을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직하다.
본 발명은 본 명세서에 설명되고 첨부된 도면에 도시된 부품과 형상의 어떤 대안적인 조합으로 구성될 수 있다. 특별히 설정하지 않았지만 이들 부품과 형상의 공지된 등가물은 포함되는 것으로 간주해야 한다.
본 발명의 적합한 모드 및 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술된다.
본 발명에 따른 위치 설정 시스템이 여러 가지 형태로 실행되는 것으로 이해해야 한다. 하기 실시예는 예시만을 위해 설명된다.
도 3은 본 발명에 따른 적합한 위치 설정 장치의 개략 평면도이다. 위치 설정 장치는 H형 형상의 갠트리(gantry) 시스템을 갖는다. 갠트리 시스템은 작업 영역(9)에 걸쳐서 위치 설정 장치(8)를 제어한다.
상기 장치(8)는 X 액츄에이터 캐리지(4)상에 장착된다. X 캐리지는 X 갠트리 비임(3)을 따라 X 방향으로 이동가능하다. 갠트리 비임은 Y 방향으로의 이동을 위해서 두개의 Y 액츄에이터 캐리지들(1, 2)상에서 그 단부에 지지되고, 상기 캐리지들은 작업 면적(9)의 각 대향 측면들을 따라서 트랙들을 따라 이동한다. Y 캐리지들(1, 2)에서 센서들(Y1, Y2)은 위치 설정 부호화 머신 판독성 스케일들(5, 6)로부터 X 캐리지(4)의 Y 위치를 결정하기 위해 사용된다. X 캐리지(4)에서 센서(X)는 X 갠트리 비임(3)에 고정되는 위치 설정 부호화 머신 판독성 스케일(7)로부터 X 캐리지의 X 위치를 결정하기 위해 사용된다.
Y1및 Y2스케일들(5, 6)은 예를 들면 광학 격자와 함께 각각 선형적으로 부호화되고, 작업 영역(9)의 각 측면들상에 장착된다. 이들 두개의 스케일들은 이들이 모든 작업 조건하에서 Y 방향으로 실질적으로 평행하게 유지되고 기판 홀더(9)에 대해 Y 방향으로 각각의 일 지점에 견고하게 고정되도록 장착된다. Y1스케일(5) 자체에 대해 이들 두개의 고정 지점의 교차 안정성이 또한 유지된다. Y1및 Y2스케일들상의 광학 격자들의 수직한 위치(즉, X 및 Y 양자에 대해 직각)는 주작업 레벨, 예를 들면 작업되는 기판의 상부면에 가능한 밀접해야한다.
최종 위치 설정 정밀도의 머신 구조 안정성, 특히 작업편 홀더와 갠트리 구조간의 안정성의 영향은 갠트리 구조 자체상에 보다는 오히려 작업 영역의 부근에 밀접하게 측정 시스템을 장착함으로써 크게 제거할 수 있다. 이것은 작업편이 중요한 실제 지점이기 때문에 필요하다.
도 3에 도시된 바와 같이, Y1 스케일(5)(도 3의 좌측면)은 Y 방향으로 변위의 결정을 위해 제 1 격자와 함께 부호화된 하나의 스트립과, X 방향으로 변위의 결정을 위해 제 1 격자와 수직하게 정렬된 제 2 격자와 함께 부호화된 제 2 스트립을 갖는 복합 스케일이다. 복합 헤드는 하기를 가능하게 한다.
(a) 센서 헤드(Y1)를 사용하여 Y1위치의 측정,
(b) 센서(X1' 및/또는 X2')로부터의 측정을 사용하여 X 갠트리의 비임(3)의 X 편차, 및
(c) 또한 이상적으로는 센서(X1' 및/또는 X2')로부터의 측정을 사용하여 요잉 편차(θz).
Y2스케일(도 3에서 우측면상)은 센서(Y2)로부터 Y 방향 측정을 제공하기 위해서만 필요하다.
스케일(5) 상에서 Y1측정 지점은 상술한 바와 같이 좌표 시스템의 기준 지점, 즉 XY 원점으로서 사용되고, Z 축에 관한 θz 회전, 즉 요잉으로서 사용된다.
위치 센서들 또는 양 Y 스케일들의 측정 판독 헤드들(Y1, Y2)은 X 갠트리 비임(3)상에 장착된다. 이들 측정 헤드들은 X 스케일(7)에 대한, 특히 X, Y 및 Y1측정용 θz 및 Y2측정용 Y인 측정 방향으로의 안정성을 유지하기 위해서만 필요하다.
측정 센서들(X1', X2' 및 Y1)을 갖는 복합 판독 헤드는 X 갠트리 비임(3)의 좌측 단부에 포함된다. 이 복합 헤드는 복합 스케일(7)을 스캔하고 세개의 각 측정 출력들(X1', X2' 및 Y1)을 제공한다. 복합 스케일은 상술한 복합 스케일(5)과 유사한 방법으로 두개의 부호화된 격자 스트립들을 갖는다. 두개의 센서들(X1', X2')은 가능한 한 떨어져서 배치된다. 두개의 측정(X1', X2')은 요잉 편차(θz)를 측정하기 위해 요구된다. 제로 요잉 위치는 X 위치 측정이 증분치라기 보다는 절대치로 이루어진다면 절대적으로 한정될 수 있다. 다른 한편, 좌표에 의한 간접적 교정이 실행될 수 있다.
원칙적으로, 스케일(6)은 여분의 측정(Y2)을 부여하나, 측정 센서들(Y1, Y2)이 센서들(X1', X2')보다 더 멀리 이격되어 있기 때문에 두개의 센서(X1', X2')보다 요잉 편차를 위해선 더 양호한 해결책을 제공하는 바와 같이 통합시킨다. Y2센서로부터의 여분의 정보는 위치 측정 시스템의 자기 교정을 위해 사용될 수 있다.
그러나, 여분의 센서는 예를 들어서 비용을 절약하기 위해, 또는 T형 형상을 갖는 갠트리내에서 생략될 수 있다. H형 형상 갠트리의 경우에, 선형 액츄에이터모터들의 교환을 위해 두개의 Y 액츄에이터들(1, 2) 각각의 중심선을 참조한 위치 정보는 Y1및 Y2로부터의 통계에 의해 계산될 수 있다. 사실상, 발생된 통계 에러는 작업 요잉 각이 작게되기 때문에 주어진 환경에 대해 무시할정도로 작게된다.
유사한 복합 스케일(7)은 X 갠트리 비임(3)상에 장착된다. 이 스케일은 상기 장치(8)의 단부-이펙터 지점에서 중요한 위치에, 예를 들면 다이 접합 머신내의 다이 콜렉터에, 그리고 기판의 수직 레벨 또는 다른 작업 표면(9)에 가능한 밀접하게 장착된다. X 갠트리 비임(3)의 비임에 대한 스케일(7)의 장착 안정성은 측정 판독 헤드들(Y1, Y2)에 대한 장착 안정성 만큼 중요하지 않고, 이를 통해서 Y 스케일에 대한 기준이 이루어진다. 배치 헤드 디바이스(8)와 같은 작업 영역과 X 캐리지(4) 상에 장착되고 측정 출력들(X, Y1', Y2')을 제공하는 측정 센서들 사이의 XY 평면에서 치수 안정성은 매우 중요하다.
데카르트 좌표 시스템에서 계량 이동과 위치 설정의 기술 분야에 숙력된 자들에 의해 쉽게 이해되는 바와 같이, X 및 Y1센서들로부터 얻은 기본 XY 측정의 정밀도는 잔여 측정, 예를 들면 X1', X2', Y1', Y2' 및 Y2센서들로부터 얻은 비교적 작은 편차의 측정과 함께 이들 기본 측정들을 보정함으로써 향상될 수 있다. 기본 측정과 비교시에 비록 비교적 작을지라도, 이들 편차는 고레벨 정밀도의 위치 설정이 요구될시에 충분하다. 상기 편차들은 갠트리 캐리지 조립체들의 작동시 선형 변위들(x, y, z)과, 롤(θx), 피치(θy), 및 요잉(θz)으로부터 발생하고, 데카르트좌표 시스템에서 6개의 자유도와 같은 패밀리일 수 있다.
도 4는 피치 편차를 측정하기 위해 도 3의 캐리지와 관련하여 상술한 복합 센서 헤드/스케일의 개념의 연장의 실예로서 복합 센서 헤드의 일반적인 실시예의 등각도이다. 예를 들면, 도 4에 도시된 복합 센서 헤드/스케일은 센서(Y1)의 출력을 사용하여 Y 방향으로의 이동 거리를 측정할 수 있고, 또한 각각의 측정 쌍들(X1', X2'; Z1', Z2')로부터 출력의 차등 편차를 사용하여 Y 축을 따라 요잉과 피치 편차들을 추적할 수 있다. 더욱이, X1', X2'에서의 절대 편차의 평균은 상기 편차를 직선으로부터 부여하는 반면에, Z1', Z2'에서의 절대 편차의 평균은 상기 편차를 Y축의 평탄도로부터 부여한다. 5개의 센서들을 갖는 유사한 복합 헤드/스케일은 X 축을 위해 대응하는 측정을 제공하기 위해 사용된다.
상술한 측정 시스템은 실질적으로 열적 무감각성으로 이루어지고, 따라서 제로듀(Zerodur)와 울트라 로우 익스팬션(ULE) 글래스의 스케일을 만들므로써 장기간동안 치수 안정성을 제공한다. 비용 감응성 분야에서, 제로듀의 비용이 수용할 수 없는 경우에, 위치 부호화 스케일들은 치수 안정성(즉, 안정된 알루미늄 또는 SiSiC) 뿐만 아니라 높은 열전도성과 함께 기판상에서 만들 수 있다. 높은 열전도성은 스케일들의 온도가 스케일 길이를 따라 실질적으로 균일하게 유지되는 것을 보장하고, 따라서 기판 기준 마크의 3지점 교정에 의해 용이하게 실행되는 제 1 오더 스케일링 에러를 생성한다.
상술한 시스템은 본질적으로 절대 그리드이고 더 향상된 정밀도에 대한 절대표준에 대해 선택적인 1회 맵핑 이외의 서비스시에 교정을 요구하지 않는다.
상기 스케일들은 양 방향으로 광학적 격자들에 의거하여 필수적으로 가질 필요는 없는 것을 이해해야 한다. 예를 들면, 일 실시예에서 단일 격자는 제로듀 또는 SiSiC 기판상에 노출되고, 그 일 엣지 또는 측면은 요구되는 직선도 또는 평탄도로 마무리되므로, 아날로그식 근접 센서들, 예를 들면 용량성, 감응성 또는 광학적 센서들을 위한 목표 기준면으로서 사용된다.
하나의 적합한 실시예에서, 기판은 격자의 평면에 수직한 평편 측면을 갖는다. 광학적 판독 헤드는 길이 방향 격자를 따른 변위를 측정하고 적어도 하나의 비접촉 센서(예를 들면, 용량성, 감응성 또는 광학적 센서)는 편평 측면의 평면에 대한 변위를 측정한다.
상기 설명이 매우 편평한 작업 평면, 즉 2차원 작업 공간을 갖는 위치 설정 장치를 참조하였을 지라도, 이것은 3차원 작업 공간, 즉 좌표 측정 머신을 갖는 위치 설정 장치에 동일한 측정 개념을 적용하는 것이 전용적으로 적당하다. 이러한 경우에, 모두 6개의 자유도까지의 변위를 측정할 수 있는 다중 측정 모듈은 머신의 X, Y 및 Z 축 각각을 위해 요구된다. 이것은 비교적 큰 작업 행정과 함께 각 축의 어떤 자유도의 잔류 에러가 더이상 무시되지 않기 때문이다
상기 측정 시스템은 선형 위치 설정 장치, 즉 일차원 공간에 작업 지점을 위치 설정하는 장치에도 또한 적용할 수 있음을 이해해야 한다.
상술한 설명은 그 적합한 형태를 포함하는 발명을 기술하고 있다. 당업자들에게 명백하게 이해되는 바와 같은 변경과 대안은 첨부된 청구범위에 한정된 범주 내에 있음을 이해해야 한다.

Claims (27)

  1. 작업 공간(9)에 대한 작업 지점(8)의 위치를 결정하기 위한 위치 측정 시스템으로서,
    상기 위치 측정 시스템은 적어도 제 1 및 제 2 측정 모듈들을 포함하고, 상기 제 1 측정 모듈은 중간 요소(3)에 대해 상기 작업 지점의 제 1 세트의 변위들을 측정할 수 있으며, 상기 제 1 세트의 측정된 변위들은 제 1 선형 자유도에서 비교적 큰 변위(X)와, 상기 제 1 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들(Y1', Y2')을 포함하고, 상기 제 2 측정 모듈은 상기 작업 공간에 대해 상기 중간 요소의 제 2 세트의 변위들을 측정할 수 있으며, 상기 제 2 세트의 측정된 변위들은 상기 제 1 자유도와는 다른 제 2 선형 자유도에서 비교적 큰 변위(Y1)를 포함하고, 또한 상기 제 2 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들(X1, X2)을 포함하는 위치 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 자유도에서 작업 공간에 대한 중간 요소의 변위(Y2)를, 상기 제 2 모듈에 의해 이루어진 상기 측정 위치로부터 상기 제 2 자유도와 수직하게 오프셋된 위치에서, 부가로 측정할 수 있는 측정 장치를 부가로 포함하는 위치 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 부가적인 측정은 상기 위치 측정 시스템의 자기 교정을 위해 사용되는 여분의 변위 정보를 포함하는 위치 측정 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 작업 공간은 3차원 용적이고, 상기 제 1 세트의 변위들은 상기 중간 요소의 제 1 부품에 대한 작업 지점이며, 상기 제 2 세트의 변위들은 상기 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 부품이고, 상기 위치 측정 시스템은 상기 중간 요소의 제 2 부품에 대한 상기 중간 요소의 제 1 부품의 제 3 세트의 변위들을 측정할 수 있는 적어도 제 3 측정 모듈을 포함하며, 상기 제 3 세트의 측정된 변위들은 상기 제 1 및 제 2 자유도와는 다른 제 3 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하고, 또한 상기 제 3 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하는 위치 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서, 각 측정 모듈은 복수의 광학적으로 부호화된 스케일들과 복수의 광학적 판독 헤드들로 구성되고, 상기 각 모듈의 스케일들과 헤드들은 교차 방향으로 증분 변위들의 측정과 같은 변위들을 측정할 수 있는 위치 측정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 절대 직교 그리드에 대해 미리 교정되는 위치 측정 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 실질적으로 제로열팽창 계수를 갖는 기판상에서 제조되는 위치 측정 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 높은 열전도성을 갖는 기판상에서 제조되는 위치 측정 시스템.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 광학적 격자들인 위치 측정 시스템.
  10. 제 1 항에 있어서, 각 측정 모듈은 길이 방향으로 실질적으로 편평한 측면을 갖는 기판상에서 일방향으로 길게 연장하는 광학적으로 부호화된 격자를 포함하고, 상기 편평 측면은 상기 격자의 평면에 대해 실질적으로 수직하며, 상기 모듈은 상기 격자의 길이 방향에서 변위들을 측정할 수 있는 적어도 하나의 광학적 판독 헤드와 상기 편평 측면의 평면에 대한 변위들을 측정할 수 있는 적어도 하나의 비접촉 센서를 또한 포함하는 위치 측정 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 비접촉 센서는 용량성, 전도성 또는 광학적 센서인 위치 측정 시스템.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 측정 모듈의 제 1 부품은 상기 작업 지점에 대해 운동학적으로 고정되고, 상기 제 1 측정 모듈의 제 2 부품은 상기 중간 요소의적어도 하나의 부품에 대해 운동학적으로 고정되는 위치 측정 시스템.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 측정 모듈의 제 1 부품은 상기 중간 요소에 대해 운동학적으로 고정되고, 상기 제 2 측정 모듈의 제 2 부품은 상기 작업 공간에 대해 운동학적으로 고정되는 위치 측정 시스템.
  14. 제 1 항에 기재된 위치 측정 시스템을 포함하고, 운동학적으로 순차 체인에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 이동 액츄에이터를 포함하며, 상기 작업 공간에 상기 작업 지점을 위치하기 위해 작동하는 다축 위치 설정 장치로서,
    상기 제 1 액츄에이터는 상기 중간 요소에 대해 상기 작업 지점을 이동시키고, 상기 제 2 액츄에이터는 상기 작업 공간에 대해 상기 중간 요소를 이동시키는 다축 위치 설정 장치.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 위치 설정 장치는 갠트리 비임에 의해 지지된 캐리지를 갖는 갠트리 테이블이고, 상기 캐리지는 상기 작업 지점을 운반하며, 상기 갠트리 비임은 상기 중간 요소이고, 상기 제 1 액츄에이터는 상기 갠트리 비임에 대해 상기 캐리지와 상기 작업 지점을 이동시키기 위해 작동하며, 상기 제 2 액츄에이터는 상기 작업 공간에 상기 작업 지점을 위치 설정하도록 상기 작업 공간에 대해 상기 갠트리 비임을 이동시키기 위해 작동하고, 상기 갠트리 비임의 이동은 상기 갠트리 비임에 대해 상기 캐리지와 작업 지점의 이동과 평행하지 않는 다축 위치 설정 장치.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 갠트리 테이블은 H형 형상을 갖는 XY 위치 설정 테이블이고, 상기 캐리지는 X 축 방향으로 상기 갠트리 비임을 따라 이동하며, 상기 비임은 실질적으로 평행한 두개의 Y축 트랙들을 따라 상기 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 각 단부에 지지되고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직한 다축 위치 설정 장치.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 갠트리 테이블은 T형 형상을 갖는 XY 위치 설정 테이블이고, 상기 캐리지는 X 축 방향으로 상기 갠트리 비임을 따라 이동하며, 상기 비임은 Y축 트랙을 따라 상기 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 각 단부에 지지되고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직한 다축 위치 설정 장치.
  18. 작업 공간에 대해 작업 지점의 위치를 결정하기 위한 방법으로서,
    중간 요소에 대한 상기 작업 지점의 제 1 세트의 변위들을 측정하는 단계와,
    상기 작업 공간에 대한 상기 중간 요소의 제 2 세트의 변위들을 측정하는 단계, 및
    상기 제 1 및 제 2 세트들의 변위들로부터 상기 작업 공간에 대한 상기 작업 지점의 위치를 결정하는 단계를 포함하고,
    상기 제 1 세트의 측정된 변위들은 제 1 선형 자유도에서 비교적 큰 변위와상기 제 1 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하며,
    상기 제 2 세트의 측정된 변위들은 상기 제 1 자유도와는 다른 제 2 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하고, 또한 상기 제 2 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하는 위치 결정 방법.
  19. 제 18 항에 있어서, 상기 작업 공간은 3차원 용적이고, 상기 제 1 세트의 변위들은 상기 중간 요소의 제 1 부품에 대한 작업 지점이며, 상기 제 2 세트의 변위들은 상기 작업 공간에 대한 중간 요소의 제 2 부품이고,
    상기 방법은 상기 중간 요소의 제 2 부품에 대한 상기 중간 요소의 제 1 부품의 제 3 세트의 변위들을 측정하는 단계를 포함하며, 상기 제 3 세트의 측정된 변위들은 상기 제 1 및 제 2 자유도와는 다른 제 3 선형 자유도에서 비교적 큰 변위를 포함하고, 또한 상기 제 3 자유도 이외에 5개의 자유도 중에 적어도 두개에서 비교적 작은 변위들을 포함하는 위치 결정 방법.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 변위들은 광학적으로 부호화된 스케일들과 광학적 판독 헤드들을 사용하여 직교 방향에서 측정되는 위치 결정 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 실질적으로 제로 열팽창 계수를 갖는 기판상에서 제조되는 위치 결정 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 높은 열전도성을 갖는 기판상에서 제조되는 위치 결정 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 상기 광학적으로 부호화된 스케일들은 광학 격자들인 위치 결정 방법.
  24. 작업 공간에 작업 지점을 위치 설정하는 방법으로서,
    상기 방법은 제 18 항에 기재된 작업 지점의 위치를 결정하는 단계와,
    운동학적으로 순차 체인에 연결된 적어도 제 1 및 제 2 이동 액츄에이터에 의해 상기 작업 지점을 이동시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 1 액츄에이터는 상기 중간 요소에 대해 상기 작업 지점을 이동시키고, 상기 제 2 액츄에이터는 상기 작업 공간에 대해 상기 중간 요소를 이동시키는 위치 설정 방법.
  25. 제 23 항에 기재된 작업 공간에 작업 지점을 위치 설정하는 방법으로서,
    중간 요소인 갠트리 지점에 의해 지지되어 상기 작업 지점을 운반하는 캐리지를 갖는 갠트리 테이블을 사용하는 단계와,
    상기 갠트리 비임에 대해 상기 캐리지와 상기 작업 지점을 이동시키기 위해 상기 제 1 액츄에이터를 작동시키는 단계, 및
    상기 작업 공간에 상기 작업 지점을 위치시키도록 상기 작업 공간에 대해 상기 갠트리 비임을 이동시키기 위해 상기 제 2 액츄에이터를 작동시키는 단계를 포함하는 위치 설정 방법.
  26. 제 24 항에 있어서, 상기 갠트리 테이블은 H형 형상을 갖고, 상기 비임은 상기 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 각 단부에 지지되며,
    X축 방향으로 상기 갠트리 비임을 따라 상기 캐리지를 이동시키는 단계와, 실질적으로 평행한 두개의 Y축 트랙들을 따라 상기 갠트리 비임을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직한 위치 설정 방법.
  27. 제 24 항에 있어서, 상기 갠트리 테이블은 T형 형상을 갖고, 상기 비임은 상기 테이블에 걸쳐서 이동하기 위해 일 단부에 지지되며,
    X 축 방향으로 상기 갠트리 비임을 따라 상기 캐리지를 이동시키는 단계와, Y축 트랙을 따라 상기 갠트리 비임을 이동시키는 단계를 포함하고, 상기 X 및 Y 축은 실질적으로 수직한 위치 설정 방법.
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