KR20220162407A - 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 이의 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 틸트 구조를 갖는 가압 장치는 2자유도를 갖고 회전될 수 있으며 가압하고자 하는 제1대상물을 장착할 수 있는 스테이지가 구비된 짐벌 구조체; 상기 스테이지의 움직임을 고정 및 해제시킬 수 있는 스테이지 스토퍼; 및 가압하고자 하는 제2대상물을 장착할 수 있으며, 제2대상물을 제1대상물 쪽으로 접근시켜 접촉 및 가압할 수 있는 가압부; 를 포함하여 이루어지며, 이를 이용해 제1대상물과 제2대상물이 접촉될 때 스테이지가 구속 없이 자유롭게 회전되어 가압하고자 하는 두 평면이 평행한 상태로 접촉될 수 있어, 전 면적에 걸쳐서 균일한 힘이 인가될 수 있는 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 반도체 패키징 공정에서 PCB 기판과 칩 범프가 서로 평행한 표면을 유지한 상태로 접촉 및 가압되도록 하거나, 나노 임프린트 리소그래피 공정에서 웨이퍼와 스탬프 사이의 평행 유지를 위해 사용될 수 있는 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
반도체 패키징 중 다이 본더 또는 플립 칩 본더를 위해서는 PCB 기판과 칩 범프가 서로 평행한 표면을 유지한 채 접촉해야 한다. 또는, 나노 임프린트 리소그래피 공정에는 웨이퍼와 스탬프 사이의 평행 유지를 위해 레벨링 장치가 요구된다.
이를 위한 메커니즘으로는 능동 메커니즘(Active mechanism)과 수동 메커니즘(Passive mechanism)이 고려될 수 있으며, 이중 수동 메커니즘은 액추에이터를 첨가시킬 필요가 없기 때문에 선호된다.
기존의 수동 방식의 메커니즘은 주로 플렉셔 힌지(Flexure hinge)를 이용한 메커니즘으로 구성되고 있으며, 3 자유도 면외방향(Z, Θx, Θy)의 움직임을 구현하기 위해 스페리컬 조인트(Spherical joint), 로터리 조인트(Rotational joint), 프리스매틱 조인트(Prismatic joint) 등을 이용해 플렉셔 힌지 메커니즘으로 구현된다.
수동 방식의 메커니즘에서도 두 면이 동시에 접촉하게 하2는 것이 매우 중요하나 실질적으로 두면이 동시에 접촉하는 것은 불가능하며, 한 점이 접촉한 후 그 점을 기점으로 하여 미세하게 회전을 하며 두 면이 완전히 접촉한다.
그런데 한 점이 먼저 접촉한 후 가압에 의해 전체 면적이 접촉하는 경우, 접촉 초기부터 전체 면적이 접촉할 동안 미끄럼이 발생할 가능성이 농후하다. 또한, 이 경우 탄성힌지 메커니즘의 특성상 먼저 접촉한 곳을 기점으로 회전하면서 변위하기 때문에, 힘의 분포가 전체 면적에서 사다리꼴 형태로 분포할 가능성이 매우 크다. 더불어, 탄성힌지에 의한 3자유도 메커니즘은 큰 힘이 요구되는 곳에서는 탄성힌지에 과도한 응력이 집중되기 때문에 적용하기 곤란할 때가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 반도체 패키징 공정 또는 나노 임프린트 공정 등에서 서로 접촉되는 대상물의 두 면이 평행한 상태에서 전 면적에 걸쳐서 균일한 힘으로 가압될 수 있으며, 가압 시 큰 힘이 인가되더라도 장치가 파손되지 않을 수 있는 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 이의 제어 방법에 관한 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 틸트 구조를 갖는 가압 장치는 지지대, 제1방향으로 양측이 각각 상기 지지대에 제1회전 조인트로 결합된 회전링, 및 상기 제1방향과 교차되는 방향으로 양측이 각각 상기 회전링에 제2회전 조인트로 결합되며 가압하고자 하는 제1대상물을 장착할 수 있는 스테이지를 포함하는 짐벌 구조체; 상기 지지대에 결합되며, 상기 스테이지의 움직임을 고정시키거나 고정된 상태를 해제시킬 수 있는 스테이지 스토퍼; 및 상기 제1방향 및 제2방향과 교차되는 제3방향으로 이동 및 가압이 가능하며, 단부에 가압하고자 하는 제2대상물을 장착할 수 있는 가압부; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 상기 짐벌 구조체의 회전링은 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심을 기준으로 구속 없이 자유롭게 회전 가능하며, 상기 스테이지는 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심을 기준으로 구속 없이 자유롭게 회전 가능하게 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심과 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심은 서로 동일한 평면상에 배치되며, 상기 스테이지에 제1대상물의 하면이 접촉되도록 장착된 상태에서, 상기 제3방향으로 제1대상물의 상면은 제1회전 중심 및 제2회전 중심과 동일한 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 스테이지 스토퍼는 전자석일 수 있다.
또한, 상기 제3방향으로 스테이지의 하측은 구형으로 형성되고, 상기 스테이지 스토퍼의 요크의 양단은 상기 스테이지의 하측 형상에 대응되는 형태로 형성되며, 상기 스테이지 스토퍼의 요크의 양단은 상기 스테이지의 하측에 인접하여 특정거리 이격될 수 있다.
또한, 상기 가압부는, 상기 제3방향으로 선형 이동이 가능한 리니어 가이드; 상기 리니어 가이드의 하단에 결합된 로드셀; 및 상기 로드셀의 하단에 결합되며, 가압하고자 하는 제2대상물이 장착되는 헤드; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 가압부는, 상기 리니어 가이드의 상단에 리니어 가이드를 가압 및 구동할 수 있는 구동 시스템을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동 시스템에는 컴플라이언스 기구가 구비될 수 있다.
또한, 상기 가압부는, 상기 로드셀과 헤드의 사이에 설치되어 상기 제1방향 및 제2방향으로 헤드의 위치 조절이 가능한 XY축 이송장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심과 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심은 서로 동일한 평면상에 배치되며, 상기 스테이지에 제1대상물의 하면이 접촉되도록 장착된 상태에서, 상기 제3방향으로 제1대상물의 상면은 제1회전 중심 및 제2회전 중심과 동일한 위치 또는 다른 위치에 배치될 수 있다.
또한, 상기 가압부는, 상기 XY축 이송장치에 결합되며 상기 XY축 이송장치의 움직임을 고정시키거나 고정된 상태를 해제시킬 수 있는 헤드 스토퍼를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 헤드 스토퍼는 전자석일 수 있다.
또한, 상기 헤드 스토퍼의 요크의 양단은 상기 헤드의 상측 형상에 대응되는 형태로 형성되며, 상기 헤드 스토퍼의 요크의 양단은 상기 헤드의 상측에 인접하여 특정거리 이격될 수 있다.
그리고 본 발명의 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법은, 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 스테이지의 상면에 제1대상물을 장착하는 단계; 상기 가압 장치에 제2대상물을 장착하고 가압부를 이용해 제2대상물을 제1대상물에 접근시켜 상기 제1대상물과 제2대상물이 접촉되기 시작하면, 상기 스테이지 스토퍼에 의해 스테이지의 고정을 해제시켜 상기 스테이지가 자유롭게 회전될 수 있도록 하는 단계; 상기 가압부를 이용해 미리 설정된 압력으로 제1대상물과 제2대상물을 가압하는 단계; 및 가압이 완료되면 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서, 상기 가압부를 제1대상물과 이격되는 위치로 이동시키는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명의 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법은, 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 스테이지의 상면에 제1대상물을 장착하고, 상기 헤드 스토퍼를 이용해 XY축 이송장치의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 헤드에 제2대상물을 장착하는 단계; 상기 가압부를 이용해 제2대상물을 제1대상물에 접근시켜 상기 제1대상물과 제2대상물이 접촉되기 시작하면, 상기 스테이지 스토퍼에 의해 스테이지의 고정을 해제시켜 상기 스테이지가 자유롭게 회전될 수 있도록 하고, 상기 헤드 스토퍼에 의해 XY축 이송장치가 자유롭게 이송될 수 있도록 하는 단계; 상기 가압부를 이용해 미리 설정된 압력으로 제1대상물과 제2대상물을 가압하는 단계; 및 가압이 완료되면, 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시키고, 상기 헤드 스토퍼를 이용해 XY축 이송장치의 움직임을 고정시킨 상태에서, 상기 가압부를 제1대상물과 이격되는 위치로 이동시키는 단계; 를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 두 면이 평행한 상태로 접촉 및 가압될 수 있어 전 면적에 걸쳐서 균일한 힘이 인가될 수 있으므로, 나노 임프린트 리소그래피 공정에서 서로 접촉되는 두 면인 웨이퍼와 스탬프 사이의 미끄럼 발생이 최소화되어 스탬프의 나노 패턴 손상이 줄어들고 전사된 제품의 정밀도가 향상되는 장점이 있다.
또한, 다층 임프린트 공정에서 다음 층을 정렬할 때 미끄럼 발생이 줄어들어 위치 오차가 감소하기 때문에 제품의 품질이 향상되는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물을 접촉 및 가압하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물의 두 평면이 전면적에 걸쳐 접촉된 상태를 나타낸 단면 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 가압부를 나타낸 단면 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물을 접촉 및 가압하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물의 두 평면이 전면적에 걸쳐 접촉된 상태를 나타낸 단면 확대도이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 가압부를 나타낸 단면 사시도이다.
이하, 본 발명의 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 이의 제어 방법을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
<실시예 1>
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 나타낸 사시도이며, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치는 크게 짐벌 구조체(100), 스테이지 스토퍼(200) 및 가압부(300)를 포함하여 구성될 수 있다.
짐벌 구조체(100)는 지지대(110), 회전링(120) 및 스테이지(130)를 포함할 수 있고, 스테이지(130)가 2자유도를 갖고 자유롭게 회전되어 스테이지(130)의 상면이 특정한 자세를 유지할 수 있도록 하는 짐벌 구조의 자세 유지 장치가 될 수 있다. 지지대(110)는 뼈대가 되는 기본 구조물이며, 지지대(110)는 다양한 장치의 베이스나 프레임 등에 결합되어 고정될 수 있다. 일례로 지지대(110)는 Y축 방향과 나란하게 형성된 수평부의 양단에서 Z축 방향 상측을 향해 각각 수직부가 연장된 형태로 형성될 수 있다. 회전링(120)은 링 형태로 형성되어 지지대(110)의 양측 상단 사이에 배치될 수 있으며, 회전링(120)은 제1방향인 Y축 방향의 양측이 각각 지지대(110)에 제1회전 조인트(115)로 결합될 수 있다. 여기에서 제1회전 조인트(115)는 회전축 및 베어링 등을 이용하여 구성될 수 있다. 그리하여 회전링(120)은 한 상의 제1회전 조인트(115)를 연결하는 제1회전 중심을 기준으로 탄성힌지 등의 구속 없이 자유롭게 회전될 수 있다. 스테이지(130)는 회전링(120)의 내측에 이격되어 배치될 수 있으며, 스테이지(130)는 제2방향인 X축 방향의 양측이 각각 회전링(120)에 제2회전 조인트(125)로 결합될 수 있다. 여기에서 제2회전 조인트(125)는 회전축 및 베어링 등을 이용하여 구성될 수 있다. 그리하여 스테이지(130)는 한 상의 제2회전 조인트(125)를 연결하는 제2회전 중심을 기준으로 탄성힌지 등의 구속 없이 자유롭게 회전될 수 있다. 그리고 제1회전 중심과 제2회전 중심은 서로 동일한 평면상에 배치되어 두 중심이 한 지점에서 교차될 수 있다. 또한, 제3방향인 Z축 방향으로 스테이지(130)의 상면에 제1대상물(10)의 하면이 접촉되어 장착된 상태에서, 제1대상물(10)의 상면은 제1회전 중심 및 제2회전 중심과 동일한 위치에 배치될 수 있다. 그리하여 스테이지(130)가 회전되더라도 제1회전 중심과 제2회전 중심의 교차점은 제1대상물(10)의 상면의 한 점상에 항상 위치하며, 교차점의 위치는 항상 동일한 위치로 유지될 수 있다. 이에 따라 스테이지(130)가 회전되더라도 제1회전 중심과 제2회전 중심을 기준으로 제1대상물(10)의 X축 방향 및 Y축 방향 변위가 발생하지 않을 수 있다. 스테이지(130)는 상측이 대략 원판 형태로 형성되고 상면에서 아래쪽으로 오목하게 삽입홈이 형성될 수 있으며, 삽입홈에는 제1대상물(10)을 고정할 수 있는 제1대상물 고정장치(131)가 구비될 수 있다. 일례로 제1대상물(10)은 웨이퍼 또는 PCB 기판 등이 될 수 있으며, 제1대상물 고정장치(131)는 웨이퍼 또는 PCB 기판을 부착하여 고정할 수 있는 척이 될 수 있다. 또한, 스테이지(130)의 하측은 반구형으로 형성될 수 있으며, 반구형 부분은 Z축 방향으로 제1회전 중심 및 제2회전 중심의 아래쪽에 이격된 위치에 형성될 수 있다. 여기에서 스테이지(130)의 무게중심은 제1회전 중심 및 제2회전 중심보다 Z축 방향으로 아래쪽에 위치되어, 짐벌 구조체(100)의 자세나 외부의 요소들에 의한 영향에 관계없이 스테이지(130)가 특정한 자세로 유지될 수 있다.
스테이지 스토퍼(200)는 지지대에 결합되어 스테이지(130)의 움직임을 고정시키거나 고정된 상태를 해제시키는 역할을 할 수 있다. 즉, 스테이지 스토퍼(200)에 의해 스테이지(130)가 고정되어 움직이지 않을 수 있으며, 스테이지 스토퍼(200)에 의해 스테이지(130)의 고정된 상태가 해제되어 스테이지(130)가 자유롭게 움직일 수도 있다. 그리고 스테이지 스토퍼(200)는 별도로 마련된 제어부에 연결되어 스테이지 스토퍼(200)의 작동이 제어될 수 있다. 일례로 스테이지 스토퍼(200)는 전자석일 수 있다. 스테이지 스토퍼(200)는 제1요크(210) 및 제1코일(220)을 포함할 수 있다. 제1요크(210)는 제1코일(220)을 관통하여 X축 방향의 양단에서 상측으로 연장되고, 양측은 서로 마주보는 방향쪽으로 기울어진 형태로 형성되며, 상단이 스테이지(130)의 반구형 하면에 대응되는 형태로 형성되어 상단이 스테이지(130)의 하면에 인접하게 이격되어 배치될 수 있다. 그리고 제1코일(220)은 지지대(110)에 결합되고, 제1코일(220)에 제1요크(210)가 결합되어 고정될 수 있다. 여기에서 스테이지 스토퍼(200)가 전자석일 경우 스테이지(130)는 자성체일 수 있다. 이외에도 스테이지 스토퍼는 접촉식으로 스테이지의 움직임을 고정하거나 해제시킬 수 있는 다양한 구동장치로 구현될 수도 있다.
가압부(300)는 가압하고자 하는 제2대상물(20)을 장착한 상태에서 Z축 방향으로 이동하여 제2대상물(20)을 제1대상물(10)과 접촉시킬 수 있으며, 제1대상물(10)과 제2대상물(20)이 접촉된 상태에서 가압되도록 할 수 있는 장치이다. 일례로 가압부(300)는 리니어 가이드(310), 로드셀(320) 및 헤드(330)를 포함할 수 있다. 리니어 가이드(310)는 몸체의 내측에 가이드 로드가 삽입되어 있는 형태로 형성되어, 몸체를 따라 가이드 로드가 Z축 방향으로 선형 이동이 가능하게 형성될 수 있다. 그리고 리니어 가이드(310)의 몸체는 다양한 장치의 베이스나 프레임 등에 결합되어 고정될 수 있다. 로드셀(320)은 Z축 방향으로 리니어 가이드(310)의 가이드 로드 하단에 결합되어 고정될 수 있다. 여기에서 로드셀(320)은 Z축 방향으로 가압 시 인가되는 하중을 측정할 수 있다. 헤드(330)는 가압하고자 하는 제2대상물(20)을 장착하여 고정하는 역할을 할 수 있다. 일례로 헤드(330)는 척일 수 있으며, 제2대상물(20)은 마스크 패턴, 반도체 칩 및 스탬프 등이 될 수 있다. 또한, 도시되지는 않았으나 가압부(300)는 리니어 가이드(310)의 Z축 방향 상단에 리니어 가이드(310)의 가이드 로드를 가압 및 선형 구동할 수 있는 구동 시스템이 구비될 수 있다. 그리고 구동 시스템에는 컴플라이언스(compliance)를 위해 별도의 스프링 구조의 메커니즘을 갖는 컴플라이언스 기구가 구비될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물을 접촉 및 가압하는 과정을 나타낸 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법은, 먼저 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 전류를 인가하여 스테이지(130)의 움직임을 고정시키고, 스테이지(130)가 구속된 상태에서 스테이지(130)의 제1대상물 고정장치(131)의 상면에 제1대상물(10)을 장착한다. 그리고 헤드(330)의 하면에는 제2대상물(20)을 장착한다. 이후 가압부(300)의 구동 시스템을 작동시켜 헤드(330)가 Z축 방향 아래쪽으로 이동되도록 함으로써 제2대상물(20)을 제1대상물(10)에 근접시킨다. 이때, 헤드(330)가 스테이지(130)에 근접하면 헤드(330)의 이동 속도를 줄여 천천히 이동시킬 수 있다. 그리고 제2대상물(20)과 제1대상물(10)의 거리가 가까워지다가 제2대상물(20)이 제1대상물(10)에 접촉되기 시작하면 로드셀(320)에 신호가 발생하게 된다. 로드셀(320)에 신호가 발생되면 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 흐르는 전류를 0으로 서서히 줄여, 짐벌 구조체(100)에 의해 스테이지(130)가 자유롭게 회전할 수 있도록 한다.
도 4를 참조하면, 이후 구동 시스템을 이용해 로드셀(320)의 출력값이 원하는 값(미리 설정된 값)이 될 때까지 제1대상물(10)에 제2대상물(20)을 가압한다. 그리고 가압이 완료되면 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 전류를 인가하여 스테이지(130)의 움직임을 고정시키고, 스테이지(130)가 고정된 상태에서 구동 시스템을 작동시켜 헤드(330)를 Z축 방향 상측으로 들어올려 헤드(330)가 원위치로 복귀될 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물의 두 평면이 전면적에 걸쳐 접촉된 상태를 나타낸 단면 확대도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 제어 방법을 이용해 제1대상물(10)에 제2대상물(20)을 접촉시켜 가압할 때, 구속력이 작용하지 않는 상태에서 제1대상물(10)의 상면과 제2대상물(20)의 하면이 평행한 상태를 유지할 수 있으며, 이 상태에서 가압될 수 있어 접촉되는 전체 면적이 균일하게 가압될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치 및 제어 방법은 두 면이 평행한 상태로 접촉 및 가압될 수 있어 전 면적에 걸쳐서 균일한 힘이 인가될 수 있으므로, 나노 임프린트 리소그래피 공정에서 서로 접촉되는 두 면인 웨이퍼와 스탬프 사이의 미끄럼 발생이 최소화되어 스탬프의 나노 패턴 손상이 줄어들고 전사된 제품의 정밀도가 향상될 수 있다. 또한, 다층 임프린트 공정에서 다음 층을 정렬할 때 미끄럼 발생이 줄어들어 위치 오차가 감소하기 때문에 제품의 품질이 향상되는 장점이 있다.
<실시예 2>
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 나타낸 사시도이며, 도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 짐벌 구조체 및 스테이지 스토퍼를 나타낸 단면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치는 크게 짐벌 구조체(100), 스테이지 스토퍼(200) 및 가압부(300)를 포함하여 구성될 수 있으며, 가압부(300)에 장착된 XY축 이송장치(340)를 더 포함할 수 있다.
짐벌 구조체(100)는 상기한 제1실시예와 동일하게 구성될 수도 있으며, 스테이지(130)를 제외한 나머지 구성은 동일하되 Z축 방향으로 스테이지(130)의 상면 높이가 다르게 형성될 수 있다. 즉, Z축 방향으로 스테이(130)의 상면 높이가 제1회전 중심 및 제2회전 중심으로부터 상측으로 이격된 위치에 배치될 수 있다.
스테이지 스토퍼(200), 가압부(300)의 리니어 가이드(310), 로드셀(320), 헤드(330)의 구성은 모두 제1실시예와 동일할 수 있으며, 가압부(300)에 XY축 이송장치(340)가 추가로 구성될 수 있다.
XY축 이송장치(340)는 로드셀(320)과 헤드(330)의 사이에 개재되어 서로 결합될 수 있으며, XY축 이송장치(340)에 의해 헤드(330)의 X방향 및 Y방향 위치가 조절될 수 있다. XY축 이송장치(340)는 X축 이송부(341)와 Y축 이송부(3442)를 포함할 수 있고, XY축 이송장치(340)는 로드셀(320)에 결합되어 고정되는 고정부를 더 포함할 수 있다. 그리하여 고정부가 로드셀(320)의 하단에 결합되고 고정부의 하측에 X축 이송부(341)가 결합되며 X축 이송부(341)의 하측에 Y축 이송부(342)가 결합되며, Y축 이송부(342)의 하측에 헤드(330)가 결합될 수 있다. 일례로 XY축 이송장치(340)는 수동으로 이송되도록 구성될 수 있으며, 외력이나 외부 요소 등이 제거되면 탄성에 의해 원래의 위치로 복귀되는 구조로 형성될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치에서 가압부를 나타낸 단면 사시도이다.
도 8을 참조하면, 가압부(300)는 헤드 스토퍼(350)를 더 포함할 수 있으며, 헤드 스토퍼(350)는 XY 이송장치(340)의 고정부에 결합되어 고정될 수 있다. 일례로 헤드 스토퍼(350)는 전자석일 수 있으며, 헤드 스토퍼(350)는 제2요크(351) 및 제2코일(352)을 포함할 수 있다. 제2요크(351)는 사각틀 형태의 프레임이 XY 이송장치(340)의 고정부에 결합되어 고정되고, X축 방향으로 프레임의 양측에서 각각 Z축 방향 아래쪽으로 바 형태의 연장부가 형성될 수 있으며, 양측 연장부에 각각 제2코일(352)이 권취되어 결합될 수 있다. 그리고 제2요크(351)의 연장부 하단은 Y축 이송부(342)의 상면에 인접하되 특정한 거리만큼 이격되게 배치될 수 있다. 여기에서 Y축 이송부(342)는 자성체 재질로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 이용해 제1대상물과 제2대상물을 접촉 및 가압할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법은, 먼저 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 전류를 인가하여 스테이지(130)의 움직임을 고정시키고, 스테이지(130)가 구속된 상태에서 스테이지(130)의 제1대상물 고정장치(131)의 상면에 제1대상물(10)을 장착한다. 그리고 헤드 스토퍼(350)의 제2코일(352)에 전류를 인가하여 XY축 이송장치(340)의 움직임을 고정시키고, XY축 이송장치(340)가 구속된 상태에서 헤드(330)의 하면에 제2대상물(20)을 장착한다. 이후 가압부(300)의 구동 시스템을 작동시켜 헤드(330)가 Z축 방향 아래쪽으로 이동되도록 함으로써 제2대상물(20)을 제1대상물(10)에 근접시킨다. 이때, 헤드(330)가 스테이지(130)에 근접하면 헤드(330)의 이동 속도를 줄여 천천히 이동시킬 수 있다. 그리고 제2대상물(20)과 제1대상물(10)의 거리가 가까워지다가 제2대상물(20)이 제1대상물(10)에 접촉되기 시작하면 로드셀(320)에 신호가 발생하게 된다. 로드셀(320)에 신호가 발생되면 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 흐르는 전류를 0으로 서서히 줄여, 짐벌 구조체(100)에 의해 스테이지(130)가 자유롭게 회전할 수 있도록 하며, 동시에 헤드 스토퍼(350)의 제2코일(352)에 흐르는 전류를 0으로 서서히 줄여 XY축 이송장치(340)가 자유롭게 이송될 수 있도록 한다. 이후 구동 시스템을 이용해 로드셀(320)의 출력값이 원하는 값(미리 설정된 값)이 될 때까지 제1대상물(10)에 제2대상물(20)을 가압한다. 그리고 가압이 완료되면 스테이지 스토퍼(200)의 제1코일(220)에 전류를 인가하여 스테이지(130)의 움직임을 고정시키고, 헤드 스토퍼(350)의 제2코일(352)에 전류를 인가하여 XY축 이송장치(340)의 움직임을 고정시킨 상태에서, 구동 시스템을 작동시켜 헤드(330)를 Z축 방향 상측으로 들어올려 헤드(330)가 원위치로 복귀될 수 있다.
그리하여 스테이지(130)의 제1대상물 고정장치(131)에 장착된 제1대상물(10)의 상면 높이가 제1회전 중심 및 제2회전 중심의 높이와 일치하지 않아서, 제1대상물(10)과 제2대상물(20)의 가압 시 스테이지(130)가 회전되면서 X축 또는 Y축 방향으로 제1대상물(10)의 변위가 발생하더라도, XY축 이송장치에 의해 제2대상물(20)의 위치가 조절될 수 있어 제1대상물(10)과 제2대상물(20) 간의 미끄러짐을 방지할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
10 : 제1대상물
20 : 제2대상물
100 : 짐벌 구조체
110 : 지지대 115 : 제1회전 조인트
120 : 회전링 125 : 제2회전 조인트
130 : 스테이지 131 : 제1대상물 고정장치
200 : 스테이지 스토퍼
210 : 제1요크 220 : 제1코일
300 : 가압부
310 : 리니어 가이드 320 : 로드셀
330 : 헤드
340 : XY축 이송장치 341 : X축 이송부
342 : Y축 이송부 350 : 헤드 스토퍼
351 : 제2요크 352 : 제2코일
100 : 짐벌 구조체
110 : 지지대 115 : 제1회전 조인트
120 : 회전링 125 : 제2회전 조인트
130 : 스테이지 131 : 제1대상물 고정장치
200 : 스테이지 스토퍼
210 : 제1요크 220 : 제1코일
300 : 가압부
310 : 리니어 가이드 320 : 로드셀
330 : 헤드
340 : XY축 이송장치 341 : X축 이송부
342 : Y축 이송부 350 : 헤드 스토퍼
351 : 제2요크 352 : 제2코일
Claims (14)
- 지지대, 제1방향으로 양측이 각각 상기 지지대에 제1회전 조인트로 결합된 회전링, 및 상기 제1방향과 교차되는 방향으로 양측이 각각 상기 회전링에 제2회전 조인트로 결합되며 가압하고자 하는 제1대상물을 장착할 수 있는 스테이지를 포함하는 짐벌 구조체;
상기 지지대에 결합되며, 상기 스테이지의 움직임을 고정시키거나 고정된 상태를 해제시킬 수 있는 스테이지 스토퍼; 및
상기 제1방향 및 제2방향과 교차되는 제3방향으로 이동 및 가압이 가능하며, 단부에 가압하고자 하는 제2대상물을 장착할 수 있는 가압부;
를 포함하여 이루어지는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 짐벌 구조체의 회전링은 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심을 기준으로 구속 없이 자유롭게 회전 가능하며, 상기 스테이지는 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심을 기준으로 구속 없이 자유롭게 회전 가능한 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심과 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심은 서로 동일한 평면상에 배치되며,
상기 스테이지에 제1대상물의 하면이 접촉되도록 장착된 상태에서, 상기 제3방향으로 제1대상물의 상면은 제1회전 중심 및 제2회전 중심과 동일한 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 스테이지 스토퍼는 전자석인 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제4항에 있어서,
상기 제3방향으로 스테이지의 하측은 반구형으로 형성되고,
상기 스테이지 스토퍼의 요크의 양단은 상기 스테이지의 하측 형상에 대응되는 형태로 형성되며, 상기 스테이지 스토퍼의 요크의 양단은 상기 스테이지의 하측에 인접하여 특정거리 이격된 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 제3방향으로 선형 이동이 가능한 리니어 가이드;
상기 리니어 가이드의 하단에 결합된 로드셀; 및
상기 로드셀의 하단에 결합되며, 가압하고자 하는 제2대상물이 장착되는 헤드; 를 포함하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 리니어 가이드의 상단에 리니어 가이드를 가압 및 구동할 수 있는 구동 시스템을 더 포함하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제7항에 있어서,
상기 구동 시스템에는 컴플라이언스 기구가 구비된 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제6항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 로드셀과 헤드의 사이에 설치되어 상기 제1방향 및 제2방향으로 헤드의 위치 조절이 가능한 XY축 이송장치를 더 포함하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제9항에 있어서,
상기 제1방향 양측의 제1회전 조인트를 연결하는 제1회전 중심과 제2방향 양측의 제2회전 조인트를 연결하는 제2회전 중심은 서로 동일한 평면상에 배치되며,
상기 스테이지에 제1대상물의 하면이 접촉되도록 장착된 상태에서, 상기 제3방향으로 제1대상물의 상면은 제1회전 중심 및 제2회전 중심과 동일한 위치 또는 다른 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제10항에 있어서,
상기 가압부는,
상기 XY축 이송장치에 결합되며 상기 XY축 이송장치의 움직임을 고정시키거나 고정된 상태를 해제시킬 수 있는 헤드 스토퍼를 더 포함하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제11항에 있어서,
상기 헤드 스토퍼는 전자석인 것을 특징으로 하는 틸트 구조를 갖는 가압 장치.
- 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항의 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 스테이지의 상면에 제1대상물을 장착하는 단계;
상기 가압부에 제2대상물을 장착하고 가압부를 이용해 제2대상물을 제1대상물에 접근시켜 상기 제1대상물과 제2대상물이 접촉되기 시작하면, 상기 스테이지 스토퍼에 의해 스테이지의 고정을 해제시켜 상기 스테이지가 자유롭게 회전될 수 있도록 하는 단계;
상기 가압부를 이용해 미리 설정된 압력으로 제1대상물과 제2대상물을 가압하는 단계; 및
가압이 완료되면 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서, 상기 가압부를 제1대상물과 이격되는 위치로 이동시키는 단계;
를 포함하여 이루어지는 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법.
- 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 틸트 구조를 갖는 가압 장치를 제어하는 방법에 있어서,
상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 스테이지의 상면에 제1대상물을 장착하고, 상기 헤드 스토퍼를 이용해 XY축 이송장치의 움직임을 고정시킨 상태에서 상기 헤드에 제2대상물을 장착하는 단계;
상기 가압부를 이용해 제2대상물을 제1대상물에 접근시켜 상기 제1대상물과 제2대상물이 접촉되기 시작하면, 상기 스테이지 스토퍼에 의해 스테이지의 고정을 해제시켜 상기 스테이지가 자유롭게 회전될 수 있도록 하고, 상기 헤드 스토퍼에 의해 XY축 이송장치가 자유롭게 이송될 수 있도록 하는 단계;
상기 가압부를 이용해 미리 설정된 압력으로 제1대상물과 제2대상물을 가압하는 단계; 및
가압이 완료되면, 상기 스테이지 스토퍼를 이용해 스테이지의 움직임을 고정시키고, 상기 헤드 스토퍼를 이용해 XY축 이송장치의 움직임을 고정시킨 상태에서, 상기 가압부를 제1대상물과 이격되는 위치로 이동시키는 단계;
를 포함하여 이루어지는 틸트 구조를 갖는 가압 장치의 제어 방법.
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| JP2003295020A (ja) * | 2002-04-05 | 2003-10-15 | Tci:Kk | 対象物の面合わせ・調心装置 |
| KR20140122983A (ko) * | 2013-04-11 | 2014-10-21 | 한국기계연구원 | 자가 정렬 임프린트 리소그래피 장치 및 이를 이용한 임프린트 리소그래피 방법 |
| JP2016012786A (ja) * | 2014-06-27 | 2016-01-21 | 富士フイルム株式会社 | 撮像装置 |
| KR20200128370A (ko) * | 2019-05-02 | 2020-11-12 | 수스 마이크로텍 리소그라피 게엠바하 | 복제 장치를 위한 프레임워크, 복제 장치 및 복제 장치에 의한 나노 구조 및/또는 미세 구조화된 구성 요소의 제조 방법 |
| KR20210013415A (ko) * | 2019-07-24 | 2021-02-04 | 한국기계연구원 | 임프린팅용 헤드 및 이를 포함하는 임프린팅 장치 |
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2021
- 2021-06-01 KR KR1020210070841A patent/KR102603192B1/ko active IP Right Grant
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |