KR20220168154A - 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 및 동작 정밀도 측정 방법 - Google Patents

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Abstract

(과제) 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 단시간에 고정밀도로 측정한다.
(해결 수단) 지지 테이블과, 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 그 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하는 동작 정밀도 측정 방법에 있어서, 평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대해 경사진 경사면을 가진 측정 지그를 상기 지지 테이블에 재치하고, 상기 경계선이 상기 이송 방향과 평행이 되도록 상기 측정 지그의 방향을 조정함과 함께 백색 간섭계로 상기 평행면과 상기 경사면을 동시에 관측할 수 있도록 상기 측정 지그 및 상기 백색 간섭계의 위치를 조정하고, 상기 지지 테이블 및 상기 작업 유닛을 상대적으로 상기 이송 방향으로 직선 이동시키면서 상기 백색 간섭계로 상기 평행면 및 상기 경사면을 관측하여 간섭 무늬의 변화를 관측하고, 관측된 상기 간섭 무늬의 변화로부터 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출한다.

Description

측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 및 동작 정밀도 측정 방법{MEASURING JIG, OPERATION ACCURACY MEASUREMENT SYSTEM, AND OPERATION ACCURACY MEASUREMENT METHOD}
본 발명은, 부품을 직선 이동시키는 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하기 위한 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 및 동작 정밀도 측정 방법에 관한 것이다.
반도체 디바이스를 탑재한 디바이스 칩은, 반도체 웨이퍼나 패키지 기판, 세라믹스 기판, 유리 기판 등으로 형성된다. 교차하는 복수의 분할 예정 라인을 반도체 웨이퍼 등의 표면에 설정하고, 그 분할 예정 라인에 의해 구획된 각 영역에 반도체 디바이스를 형성하고, 그 후, 그 반도체 웨이퍼 등을 분할 예정 라인을 따라 분할하면 개개의 디바이스 칩을 형성할 수 있다.
반도체 웨이퍼 등의 분할에는, 예컨대, 절삭 장치가 사용된다. 절삭 장치는, 반도체 웨이퍼 등의 피가공물을 흡인 유지하는 척 테이블(지지 테이블)과, 그 척 테이블에 유지된 피가공물을 절삭하는 절삭 유닛을 구비한다. 척 테이블은, 테이블 베이스에 지지되어 있다. 절삭 유닛은, 원환형의 절삭 블레이드를 갖는다.
피가공물을 절삭할 때, 절삭 장치는, 피가공물의 표면에 대해 수직인 면 내에 있어서 절삭 블레이드를 회전시키고, 절삭 유닛 및 척 테이블을 가공 이송 방향을 따라 상대적으로 이동시킴으로써 절삭 블레이드를 분할 예정 라인을 따라 피가공물에 절입시킨다. 그 후, 다른 분할 예정 라인을 따라 피가공물을 절삭하기 위해, 가공 이송 방향에 수직인 산출 이송 방향으로 절삭 유닛 및 척 테이블을 상대적으로 이동시킨다.
절삭 장치는, 절삭 유닛 및 척 테이블을 상대적으로 이동시키기 위한 각종 이동 기구를 구비한다. 보다 상세하게는, 척 테이블 등을 가공 이송 방향으로 이동시키는 가공 이송 유닛이나 척 테이블 등을 산출 이송 방향으로 이동시키는 산출 이송 유닛 등의 직선 이동 기구를 구비한다.
절삭 장치에서는, 이들 직선 이동 기구가 적절하게 동작하지 않으면 피가공물에 소정의 절삭 가공을 실시할 수 없기 때문에, 각 직선 이동 기구의 동작 정밀도, 즉 피칭 및 요잉의 측정이 요구된다. 그리고, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정할 때에는, 절삭 시에 절삭 블레이드와 피가공물이 접촉하는 가공점의 근방에 있어서 피칭 및 요잉을 측정하기 위한 측정 지그가 사용된다(특허문헌 1 참조). 이 측정 지그는, 절삭 유닛에 장착되어 사용된다.
특허문헌 1: 일본 공개특허공보 2017-199777호
이 측정 지그를 사용하는 경우, 피칭 및 요잉 등의 측정 항목을 변경할 때마다 상기 측정 지그의 장착 위치 등을 변경해야 한다. 이 장착 위치의 변경 작업은 작업자가 실시하기 때문에, 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 측정에 시간이 걸리는 요인이 되고 있었다. 또한, 측정이 요망되는 동작 정밀도의 측정 항목에는 피칭 및 요잉 이외에 롤링도 존재하지만, 이 측정 지그는 롤링의 측정에는 사용할 수 없다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적으로 하는 바는, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 단시간에 고정밀도로 측정하기 위한 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 동작 정밀도 측정 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 의하면, 평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대해 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 측정 지그가 제공된다.
바람직하게는, 상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하이다.
또한, 본 발명의 다른 일 양태에 의하면, 지지면을 갖고 물체를 지지하는 지지 테이블과, 그 지지 테이블로 지지된 물체에 가공 또는 측정 중 어느 하나의 작업을 실시하는 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하는 동작 정밀도 측정 시스템에 있어서, 상기 작업 유닛에 의한 물체에 대한 작업이 실시되는 상기 지지 테이블 상의 작업점을 관측 가능하고, 상기 이송 방향에 수직인 방향으로 이동 가능하게 상기 작업 유닛에 접속된 백색 간섭계와, 평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대해 경사진 경사면을 가진 측정 지그를 포함하고, 상기 경계선을 상기 이송 방향에 평행한 방향을 향하게 함과 함께 상기 백색 간섭계의 관측 범위에 상기 평행면과 상기 경사면을 동시에 관측할 수 있는 위치에 위치시켜 상기 측정 지그를 상기 지지 테이블 상 또는 상기 지지 테이블을 지지할 수 있는 테이블 베이스 상에 재치하고, 상기 직선 이동 기구를 작동시켜 상기 이송 방향으로 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그를 상대적으로 직선 이동시키면서 상기 백색 간섭계로 상기 측정 지그의 상기 평행면 및 상기 경사면의 간섭 무늬의 변화를 관측하고, 상기 간섭 무늬의 변화에 기초하여 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 시스템이 제공된다.
바람직하게는, 상기 측정 지그의 상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하이다.
본 발명의 또 다른 일 양태에 의하면, 지지면을 갖고 물체를 지지하는 지지 테이블과, 그 지지 테이블로 지지된 물체에 가공 또는 측정 중 어느 하나의 작업을 실시하는 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하는 동작 정밀도 측정 방법에 있어서, 평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대하여 경사진 경사면을 가진 측정 지그를 상기 지지 테이블 상 또는 상기 지지 테이블을 지지할 수 있는 테이블 베이스 상에 재치하는 재치 단계와, 상기 측정 지그의 상기 경계선이 상기 이송 방향과 평행이 되도록 상기 측정 지그의 방향을 조정함과 함께 상기 작업 유닛에 접속된 백색 간섭계로 상기 평행면과 상기 경사면을 동시에 관측할 수 있도록 상기 측정 지그 및 상기 백색 간섭계의 위치를 조정하는 조정 단계와, 상기 직선 이동 기구에 의해 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그를 상대적으로 상기 이송 방향으로 직선 이동시키면서 상기 백색 간섭계로 상기 평행면 및 상기 경사면을 관측하여 간섭 무늬의 변화를 관측하는 간섭 무늬 관측 단계와, 관측된 상기 간섭 무늬의 변화로부터 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는 동작 정밀도 산출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 동작 정밀도 산출 단계에서는, 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 경사면의 상기 간섭 무늬의 경사의 최대 변화량에 기초하여 상기 동작 정밀도의 요잉 정밀도를 산출하고, 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 간섭 무늬의 명도의 최대 변화량에 기초하여 상기 동작 정밀도의 피칭 정밀도를 산출하고, 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 평행면에서의 간섭 무늬의 발생의 유무, 또는, 상기 경사면의 상기 간섭 무늬의 무늬 간격의 변화를 관측함으로써 상기 동작 정밀도의 롤링 정밀도를 산출한다.
또한, 바람직하게는, 상기 측정 지그의 상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하이다.
본 발명의 일 양태에 관련된 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 및 동작 정밀도 측정 방법에 있어서, 상기 측정 지그는, 평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대해 경사진 경사면을 갖는다. 지지 테이블과, 작업 유닛을 상대적으로 직선 이동시키는 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출할 때에는, 지지 테이블 상 또는 상기 지지 테이블을 지지할 수 있는 테이블 베이스 상에 상기 측정 지그를 재치시킨다. 그리고, 작업 유닛에 접속된 백색 간섭계에 의해 측정 지그의 상면을 관측하면서 직선 이동 기구를 작동시킨다.
이 때, 백색 간섭계에 의해 관측되는 상기 평행면 및 상기 경사면에 있어서의 간섭 무늬의 변화에 기초하여, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 고정밀도로 측정할 수 있다. 예를 들면, 요잉이나 피칭뿐만 아니라, 롤링에 대해서 평가도 가능해진다. 여기서, 이 측정 지그는, 동작 정밀도의 측정 항목을 변경할 때에 지지 테이블에 다시 재치할 필요가 없고, 직선 이동 기구를 한 번 작동시키는 것만으로 동작 정밀도의 각 측정 항목을 동시에 평가할 수 있다. 즉, 측정 지그를 백색 간섭계와 함께 사용하면, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 신속히 측정할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 양태에 의하면, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 단시간에 고정밀도로 측정하기 위한 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 동작 정밀도 측정 방법이 제공된다.
도 1은, 절삭 장치를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 2는, 측정 지그를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 절삭 유닛(작업 유닛)과, 측정 지그를 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 백색 간섭계의 광학계를 모식적으로 나타내는 측면도이다.
도 5(A)는, 간섭 무늬의 일례를 모방한 사진이고, 도 5(B)는, 간섭 무늬의 다른 일례를 모방한 사진이고, 도 5(C)는, 간섭 무늬의 또 다른 일례를 모방한 사진이고, 도 5(D)는, 간섭 무늬의 또 다른 일례를 모방한 사진이다.
도 6은, 직선 이동 기구의 동작 정밀도 측정 방법의 각 단계의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 일 양태에 관한 실시 형태에 대하여 설명한다. 우선, 본 실시형태에 따른 측정 지그가 사용되는 장치에 대해서 설명한다. 측정 지그가 사용되는 장치는, 예를 들어, 피가공물에 소정의 가공을 실시하는 가공 장치나, 시료의 특성을 소정의 방법으로 측정하는 측정 장치이다. 이하, 그 장치가 피가공물을 절삭하는 절삭 장치인 경우를 예로 설명하지만, 그 장치는 절삭 장치에 한정되지 않는다.
도 1은, 실리콘, 실리콘카바이드(SiC), 비화갈륨(GaAs), 또는, 그 밖의 반도체 등의 재료, 또는, 사파이어, 유리, 석영 등의 재료로 이루어지는 대략 원판형의 기판 등의 피가공물을 절삭하는 절삭 장치(장치)(2)이다.
피가공물의 표면에는 IC(Integrated Circuit) 등의 복수의 디바이스가 형성되어 있다. 최종적으로, 피가공물이 디바이스마다 분할됨으로써, 개개의 디바이스 칩이 형성된다. 예컨대, 피가공물은, 환형의 프레임에 부착된 테이프에 점착된 상태로 절삭 가공된다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 절삭 장치(2)는, 각 구성 요소를 지지하는 장치 베이스(4)를 구비하고 있다. 장치 베이스(4)의 중앙 상부에는, X축 이동 테이블(6)과, X축 이동 테이블(6)을 X축 방향(가공 이송 방향)으로 이동시키는 가공 이송 유닛과, 상기 가공 이송 유닛을 덮는 배수로(20)가 설치되어 있다. 상기 가공 이송 유닛은, X축 방향에 평행한 한 쌍의 X축 가이드 레일(12)을 구비하고 있고, X축 가이드 레일(12)에는, X축 이동 테이블(6)이 슬라이드 가능하게 장착되어 있다.
X축 이동 테이블(6)의 하면측에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 너트부에는, X축 가이드 레일(12)에 평행한 X축 볼 나사(14)가 나사 결합되어 있다. X축 볼 나사(14)의 일단부에는, X축 펄스 모터(16)가 연결되어 있다. X축 펄스 모터(16)로 X축 볼 나사(14)를 회전시키면, X축 이동 테이블(6)은 X축 가이드 레일(12)을 따라 X축 방향으로 이동한다.
예컨대, X축 이동 테이블(6) 상에는 테이블 베이스(8b)가 설치되어 있고, 테이블 베이스(8b) 상에는 피가공물을 흡인, 유지하기 위한 척 테이블(지지 테이블)(8)이 설치되어 있다. 다만, 척 테이블(8)이, X축 이동 테이블(6) 상에 직접 설치되어 있어도 좋다. 척 테이블(8)(테이블 베이스(8b))은, 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)에 연결되어 있고, 척 테이블(8)의 상면에 수직인 회전축의 둘레로 회전 가능하다. 또한, 척 테이블(8)(테이블 베이스(8b))은, 상술한 가공 이송 유닛에 의해 X축 방향으로 이송된다.
척 테이블(8)의 표면(상면)은, 피가공물을 흡인, 유지하는 유지면(8a)이 된다. 이 유지면(8a)은, 척 테이블(8)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음)를 통해 흡인원(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 상기 유지면(8a)의 주위에는, 테이프를 통해 피가공물을 유지하는 환형의 프레임을 고정하기 위한 클램프(10)가 배치되어 있다.
장치 베이스(4)의 상면에는, 피가공물을 절삭하는 2개의 절삭 유닛(작업 유닛)(18)을 지지하는 지지 구조(22)가, 가공 이송 유닛을 걸치도록 배치되어 있다. 지지 구조(22)의 전면 상부에는, 2개의 절삭 유닛(18)을 Y축 방향(산출 이송 방향)으로 이동시키는 산출 이송 유닛과, Z축 방향(절입 이송 방향)으로 이동시키는 절입 이송 유닛이 설치되어 있다.
지지 구조(22)의 전면에는, Y축 방향에 평행한 한 쌍의 Y축 가이드 레일(24)이 설치되어 있다. Y축 가이드 레일(24)에는, 절삭 유닛(18)의 각각에 대응하는 2개의 Y축 이동 플레이트(26)가 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. 각각의 Y축 이동 플레이트(26)의 이면측(후면측)에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 너트부에는, Y축 가이드 레일(24)에 평행한 Y축 볼 나사(28)가 나사 결합되어 있다.
Y축 볼 나사(28)의 일단부에는, Y축 펄스 모터(28a)가 연결되어 있다. Y축 펄스 모터(28a)로 Y축 볼 나사(28)를 회전시키면, 대응하는 Y축 이동 플레이트(26)가 Y축 가이드 레일(24)을 따라 Y축 방향으로 이동한다. 즉, Y축 가이드 레일(24), Y축 이동 플레이트(26), Y축 볼 나사(28), 및 Y축 펄스 모터(28a)는, 산출 이송 유닛을 구성한다.
또한, 각각의 Y축 이동 플레이트(26)의 표면(전면)에는, Z축 방향에 평행한 한 쌍의 Z축 가이드 레일(30)이 설치되어 있다. 각각의 Z축 가이드 레일(30)에는, Z축 이동 플레이트(32)가 슬라이드 가능하게 장착되어 있다. Z축 이동 플레이트(32)의 이면측(후면측)에는, 너트부(도시하지 않음)가 설치되어 있고, 이 너트부에는, Z축 가이드 레일(30)에 평행한 Z축 볼 나사(34)가 나사 결합되어 있다. Z축 볼 나사(34)의 일단부에는, Z축 펄스 모터(36)가 연결되어 있다.
Z축 펄스 모터(36)로 Z축 볼 나사(34)를 회전시키면, Z축 이동 플레이트(32)는, Z축 가이드 레일(30)을 따라 Z축 방향(절입 이송 방향)으로 이동한다. 즉, Z축 가이드 레일(30), Z축 이동 플레이트(32), Z축 볼 나사(34) 및 Z축 펄스 모터(36)는 절입 이송 유닛을 구성한다.
2개의 Z축 이동 플레이트(32)의 각각의 하부에는, 피가공물을 가공하는 절삭 유닛(작업 유닛)(18)과, 척 테이블(8)에 유지된 피가공물을 촬상할 수 있는 촬상 유닛(38)이 고정되어 있다. Y축 이동 플레이트(26)를 Y축 방향으로 이동시키면, 절삭 유닛(18) 및 촬상 유닛(38)은 Y축 방향(산출 이송 방향)으로 이동한다. Z축 이동 플레이트(32)를 Z축 방향으로 이동시키면, 절삭 유닛(18) 및 촬상 유닛(38)은 Z축 방향(절입 이송 방향)으로 이동한다.
도 3에는, 절삭 유닛(18)을 모식적으로 나타내는 사시도가 포함되어 있다. 절삭 유닛(18)은, 척 테이블(8)의 유지면(8a)에 평행한 방향인 Y축 방향을 따른 스핀들(18c)과, 스핀들(18c)의 선단에 장착된 원환형의 절삭 블레이드(18a)를 갖는다. 스핀들(18c)의 타단측은 스핀들 하우징(18b)에 회전 가능하게 수용되어 있고, 스핀들 하우징(18b)의 내부에는 스핀들(18c)을 회전시키는 모터 등의 회전 구동원(도시하지 않음)이 수용되어 있다.
절삭 블레이드(18a)는, 예를 들어, 원반형의 베이스를 갖고 있다. 베이스의 중앙부에는, 이 베이스를 관통하는 대략 원형의 장착 구멍이 설치되어 있고, 절삭 블레이드(18a)가 절삭 유닛(18)에 장착될 때, 상기 장착 구멍에 스핀들(18c)의 선단이 통과된다. 베이스의 외주부에는, 척 테이블(8)에 유지된 피가공물에 절입시키기 위한 환형의 날 끝이 고정되어 있다. 날 끝은 지석부라고도 불린다. 날 끝은, 다이아몬드 등의 지립과, 그 지립을 분산 고정하는 결합재를 갖는다. 그 결합재는, 예를 들면, 금속 또는 수지 등으로 형성된다.
도 1로 되돌아가 절삭 장치(2)의 설명을 계속한다. 피가공물을 절삭할 때에는, 미리 촬상 유닛(38)에 의해 피가공물의 표면에 형성된 디바이스, 패턴 등이 검출됨으로써 피가공물의 표면에 설정된 분할 예정 라인의 위치가 인식된다. 그리고, 분할 예정 라인의 신장 방향이 절삭 장치(2)의 가공 이송 방향에 맞도록, 척 테이블(8)을 회전시킨다. 그리고, 가공 이송 유닛 및 산출 이송 유닛을 작동시켜, 피가공물의 분할 예정 라인의 연장선의 상방에 절삭 블레이드(18a)를 위치시킨다.
그리고, 스핀들(18c)을 회전시킴으로써 절삭 블레이드(18a)를 회전시키고, 절삭 블레이드(18a)의 날 끝의 하단이 피가공물의 이면(하면)보다 하방의 높이 위치가 되도록 절삭 유닛(18)의 높이가 조정된다. Z축 펄스 모터(36)를 포함하는 절입 이송 유닛은, 절삭 유닛(18)을 소정의 높이 위치에 위치시킨다.
가공 이송 유닛을 작동시켜 척 테이블(8)을 가공 이송 방향으로 이동시켜 가공 이송하고, 절삭 블레이드(18a)를 피가공물에 절입시켜 상기 피가공물을 절삭한다. 피가공물을 하나의 분할 예정 라인을 따라 절삭한 후, 산출 이송 유닛을 작동시켜 절삭 유닛(18)을 산출 이송하고, 그 후, 다시 척 테이블(8)을 가공 이송하여 다른 분할 예정 라인을 따라 피가공물을 절삭한다. 절삭 장치(2)는, 이와 같이, 피가공물을 차례로 절삭한다.
절삭 장치(2)는, 또한, 제어 유닛(42)을 구비하고 있다. 제어 유닛(42)은, 절삭 유닛(18), 척 테이블(8), 각 이동 기구, 촬상 유닛(38), 백색 간섭계(40)(후술) 등의 절삭 장치(2)의 각 구성 요소를 제어하는 기능을 갖는다. 제어 유닛(42)의 기능은, 예를 들면, 장치 제어용 컴퓨터의 소프트웨어로서 실현된다.
즉, 제어 유닛(42)은, CPU 등의 처리 장치나, 플래시 메모리 등의 기억 장치를 포함하는 컴퓨터에 의해 구성된다. 기억 장치에 기억되는 프로그램 등의 소프트웨어에 따라 처리 장치를 동작시키는 것에 의해, 제어 유닛(42)은, 소프트웨어와 처리 장치(하드웨어 자원)가 협동한 구체적 수단으로서 기능한다.
상술한 바와 같이 절삭 장치(장치)(2)는, 가공 이송 유닛, 산출 이송 유닛 및 절입 이송 유닛 등의 복수의 직선 이동 기구를 구비한다. 이들 직선 이동 기구는, 각각, 척 테이블(지지 테이블)(8)과, 절삭 유닛(작업 유닛)(18)을 특정한 이송 방향을 따라 상대적으로 직선 이동시킨다. 절삭 장치(2)에서는, 이들 직선 이동 기구가 고정밀도로 작동함으로써, 피가공물을 고정밀도로 가공할 수 있다.
반대로 말하면, 절삭 장치(2)에서는, 이들 직선 이동 기구가 적절히 동작하지 않으면 피가공물에 소정의 절삭 가공을 실시할 수 없다. 그 때문에, 각 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 측정이 요망된다. 여기서, 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 평가 항목에 대해, 가공 이송 유닛의 동작을 예로 설명한다. 가공 이송 유닛은, 척 테이블(지지 테이블)(8)을 X축 방향(이송 방향)으로 직선 이동시키는 기능을 갖는다.
가공 이송 유닛의 동작 정밀도에 문제가 있는 경우, 해당 척 테이블(8)에 Z축 방향(이송 방향에 수직인 방향)을 축으로 한 회전이 생기는 경우가 있다. 이 현상은, 요잉이라고 불린다. 또한, 척 테이블(8)에 Y축 방향(이송 방향에 수직인 방향)을 축으로 한 회전이 생기는 경우가 있다. 이 현상은, 피칭이라고 불린다. 또한, 척 테이블(8)에 X축 방향(이송 방향)을 축으로 한 회전이 생기는 경우가 있다. 이 현상은, 롤링이라고 불린다.
직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정할 때에는, 예를 들어, 일본 공개특허공보 2017-199777호에 기재된 측정 지그가 사용된다. 당해 측정 지그에 의하면, 절삭 블레이드(18a)가 피가공물에 접촉할 때의 가공점에 있어서 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정할 수 있다. 이 측정 지그는, 절삭 유닛(18)에 장착되어 사용된다.
그러나, 이 측정 지그를 사용하는 경우, 피칭 및 요잉 등의 측정 항목을 변경할 때마다 절삭 유닛(18)에 대한 그 측정 지그의 장착 위치를 변경해야 한다. 이 장착 위치의 변경 작업은 작업자가 실시하기 때문에, 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 측정에 시간이 걸리는 요인이 되고 있었다. 또한, 이 측정 지그를 사용해도 롤링의 측정은 할 수 없다.
따라서, 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 측정에 본 실시형태에 따른 측정 지그가 사용된다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 측정 지그(1)를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 다음으로, 측정 지그(1)에 대해 설명한다. 측정 지그(1)는, 동작 정밀도의 측정 대상이 되는 직선 이동 기구에 척 테이블(8)(테이블 베이스(8b)) 등을 통해 접촉시킨 상태로, 후술하는 백색 간섭계와 함께 사용된다.
측정 지그(1)는, 예를 들어, 스테인리스강 등의 경질인 금속 재료로 형성된다. 측정 지그(1)는, 평면형의 저면(3)과, 저면(3)과 대향하고 저면(3)과 평행한 평행면(5)과, 직선형의 경계선(7)을 통해 평행면(5)과 접속하고 평행면(5)에 대해 경사진 경사면(9)을 갖는다. 또한, 각 도면에 있어서는, 설명의 편의를 위해 측정 지그(1)의 경사면(9)의 구배가 크게 강조되어 있다.
경사면(9)의 평행면(5)에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하인 것이 바람직하다. 상기 구배는, 1/12500 이상 1/7500 이하인 것이 더 바람직하고, 1/11000 이상 1/9000인 것이 특히 바람직하다. 그리고, 상기 구배는 1/10000인 것이 가장 바람직하다.
측정 지그(1)의 경계선(7)을 따른 길이는, 예컨대, 척 테이블(지지 테이블)(8)에 있어서 가공점이 될 수 있는 영역의 길이보다 큰 것이 바람직하다. 즉, 유지면(지지면)(8a)의 직경보다 큰 것이 바람직하다. 예컨대, 유지면(8a)의 직경이 300mm인 경우, 측정 지그(1)의 길이는 350mm 정도인 것이 바람직하다.
또한, 측정 지그(1)의 높이는, 척 테이블(8)과 동등한 것이 바람직하고, 예컨대, 20mm 정도인 것이 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 측정 지그(1)는, 척 테이블(8)을 지지하는 테이블 베이스(8b)에 재치되어 사용되는 경우가 있다. 측정 지그(1)가 척 테이블(8)과 동등한 두께이면, 테이블 베이스(8b)에 재치되는 측정 지그(1)의 상면이 가공점의 높이 위치와 동등해진다. 그리고, 측정 지그(1)의 높이와 길이에 직교하는 폭은, 80mm 정도인 것이 바람직하다. 경계선(7)은, 폭 방향의 중심 부근에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 다만, 측정 지그(1)의 각 부의 치수는 이것에 한정되지 않고, 후술하는 백색 간섭계(40)에 의해, 평행면(5) 및 경사면(9)을 동시에 충분히 넓은 영역에서 관측 영역(40a)에 넣을 수 있는 범위에서 적절히 결정되면 좋다.
측정 지그(1)가 그 기능을 발휘하는데 있어서 특히 중요한 것은, 저면(3), 평행면(5) 및 경사면(9)이 각각 높은 평탄성을 갖는 것, 저면(3)과 평행면(5)이 높은 정밀도로 평행인 것, 그리고, 경사면(9)의 평행면(5)에 대한 구배가 상술한 범위에 있는 것이다. 다만, 평행면(5)이 저면(3)에 대하여 높은 정밀도로 평행하지 않은 경우에 있어서도 측정 지그(1)는 기능할 수 있는 경우가 있다. 그 때문에, 평행면(5)의 저면(3)에 대한 구배가 경사면(9)의 평행면(5)에 대한 구배보다 작으면, 저면(3)과 평행면(5)이 높은 정밀도로 평행하지 않아도 좋고, 저면(3)과 평행면(5)이 평행하지 않아도 좋은 경우가 있다. 또한, 측정 지그(1)의 기능 및 사용 방법에 대해서, 상세는 후술한다.
다음으로, 측정 지그(1)와 함께 사용되는 백색 간섭계에 대해 설명한다. 백색 간섭계는, 예컨대, 절삭 유닛(작업 유닛)(18)에 접속되어 사용된다. 도 3에는, 절삭 유닛(18)에 접속된 백색 간섭계(40)가 모식적으로 도시되어 있다. 백색 간섭계(40)는, 척 테이블(8)에 재치된 측정 지그(1)를 관측하는 기능을 갖는다.
백색 간섭계(40)는, 예를 들어, 볼 나사식의 승강 기구(도시 생략)를 통해 절삭 유닛(18)에 접속되어 있고, Z축 방향(이송 방향에 수직인 방향)을 따라 이동 가능하다. 다만, 승강 기구는 볼 나사식인 것에 한정되지 않는다. 백색 간섭계(40)는, 절삭 유닛(작업 유닛)(18)에 상시 고정되어 있어도 좋고, 필요에 따라서 착탈되어도 좋다. 그리고, 이 승강 기구에 의해 백색 간섭계(40)의 측정 지그(1)에 대한 거리를 조정 가능하고, 광로의 길이를 조정 가능하다.
다음으로 백색 간섭계(40)의 구성에 대해 설명한다. 도 4는, 백색 간섭계(40)의 광학계의 가장 간단한 구성예를 모식적으로 나타내는 측면도이다. 백색 간섭계(40)의 광학계는, 백색 간섭계(40)가 소정의 기능을 발휘할 수 있는 양태에 있어서, 적절히 구성을 변경 가능하다. 도 4에 나타내는 백색 간섭계(40)는, 백색 광원(44)과, 제1 렌즈(46)와, 빔 스플리터(48)와, 간섭 대물 렌즈(50)와, 제2 렌즈(52)와, 어레이 센서(54)에 의해 구성된다.
백색 광원(44)에는, 예를 들어, 백색 LED(Light Emitting Diode)나 할로겐 램프 등이 사용된다. 백색 광원(44)은, 가시광 영역에 폭넓게 강도를 갖는 백색광을 발하는 기능을 갖는다. 백색 광원(44)으로부터 출사된 백색광(56)은, 제1 렌즈(46)에 도달한다. 제1 렌즈(46)는 백색광(56)을 평행광으로 변환하는 기능을 갖는다. 제1 렌즈(46)에서 평행광으로 변환된 백색광(56)은, 빔 스플리터(48)에서 반사되어 간섭 대물 렌즈(50)로 진행한다.
간섭 대물 렌즈(50)는, 백색광(56)을 2개로 나누고, 그 한 쪽을 반사하여 되돌리고, 다른 쪽을 측정 지그(1)에 조사하는 기능을 갖는다. 간섭 대물 렌즈(50)는, 예를 들면, 백색광(56)의 일부를 반사하여 되돌리는 레퍼런스 미러(50a)를 내부에 구비한다. 다만, 간섭 대물 렌즈(50)는 이에 한정되지 않는다.
측정 지그(1)에 조사된 백색광(56)의 상기 다른 쪽은, 측정 지그(1)에서 반사되어 간섭 대물 렌즈(50)로 진행하고, 백색광(56)의 상기 한 쪽과 동일한 광로로 되돌려진다. 통합된 백색광(56)은, 빔 스플리터(48)를 투과하여 제2 렌즈(52)에 의해 어레이 센서(54)에 집광된다. 어레이 센서(54)는, CMOS 센서 또는 CCD 센서 등의 수광 소자를 포함하고, 백색광(56)을 촬상한다.
어레이 센서(54)로 백색광(56)을 촬상하면, 나누어져 통합된 백색광(56)의 2개 성분의 광로차를 반영한 간섭 무늬(공간 간섭 패턴)가 얻어진다. 즉, 백색광(56)의 2개의 성분의 위상이 일치하고 있는 개소에서는 패턴이 밝아지고, 2개의 성분의 위상이 반파장 어긋나는 개소에서는 패턴이 어두워진다. 따라서, 어레이 센서(54)로 얻어진 간섭 무늬에 의하면, 측정 지그(1)의 상면의 높이 분포에 관한 정보가 얻어진다.
또한, 백색광(56)은, 브로드한 파장 영역에 강도를 갖는 저코히어런스광이며, 가간섭 거리(코히어런스 길이)가 매우 짧은 광이다. 그 때문에, 어레이 센서(54)로 관측되는 간섭 무늬에는, 초점 높이 부근에 위치되는 측정 지그(1)의 상면 이외의 요소가 포함되지 않고, 저노이즈로 높은 수직 방향 분해능이 얻어진다.
도 5(A)는, 백색 간섭계(40)에 의해 측정 지그(1)의 경계선(7) 부근을 관찰하여 얻어지는 간섭 무늬(공간 간섭 패턴)를 상정하여 작성된 사진(56a)이다. 또한, 이 사진(56a)은, 백색 간섭계(40)로 실제로 측정 지그(1)를 관찰하여 얻어진 관찰상이 아니라, 이하의 설명을 위해 작성된 관찰상이다. 따라서, 설명 이외의 목적을 위해 사진(56a)을 사용할 수 없고, 사진(56a)은 다른 의미를 갖지 않는다.
사진(56a)의 좌측 절반에서는 밝기가 대략 동일하고, 사진(56a)의 우측 절반에서는 세로 방향을 따른 일정 간격의 복수의 무늬가 관측된다. 이것은, 백색 간섭계(40)의 관측영역의 좌측 절반에 있어서 측정 지그(1)의 상면이 백색 간섭계(40)에 대해서 동일한 높이임과 동시에, 그 관측 영역의 우측 절반에 있어서 측정 지그(1)의 상면이 일정한 구배로 경사하고 있는 것을 의미한다. 즉, 그 관측 영역의 좌측 절반이 평행면(5)이고, 우측 절반이 경사면(9)이고, 그 사이가 경계선(7)인 것을 의미한다.
여기서, 경사면(9)에 기초하여 발생하는 복수의 무늬의 간격이나 수는, 경사면(9)의 구배의 크기에 따라 결정된다. 경사면(9)의 구배가 너무 작으면, 관찰상에 나타나는 무늬의 수가 적어져 후술하는 바와 같이 간섭 무늬의 변화를 검출하기 어려워진다. 한편, 경사면(9)의 구배가 너무 크면, 각 무늬의 간격이 너무 작아져, 서로 인접하는 2개의 무늬의 분리가 어려워진다. 따라서, 경사면(9)의 구배는 상술한 크기로 되는 것이 바람직하다.
척 테이블(지지 테이블)(8) 상에, 또는, 척 테이블(8)을 지지할 수 있는 테이블 베이스(8b) 상에 측정 지그(1)를 재치한다. 그리고, 측정 지그(1)의 상면을 백색 간섭계(40)로 관찰하면서 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)을 작동시킨다. 이 때, 얻어진 간섭 무늬의 변화로부터 그 가공 이송 유닛의 동작 정밀도를 산출할 수 있다. 다음에, 측정 지그(1)와 백색 간섭계(40)를 사용한 직선 이동 기구의 동작 정밀도 측정 방법에 대해서 설명한다. 도 6은, 해당 동작 정밀도 측정 방법의 각 단계의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
직선 이동 기구의 동작 정밀도 측정 방법에서는, 우선, 측정 지그(1)를 척 테이블(지지 테이블)(8) 또는 그 척 테이블(8)을 지지할 수 있는 테이블 베이스(8b)에 재치하는 재치 단계(S10)를 실시한다. 보다 상세하게는, 재치 단계(S10)에서는, 측정 지그(1)의 저면(3)을 척 테이블(8)의 유지면(8a)을 향하게 하고, 이 저면(3)을 척 테이블(8)에 접촉시켜, 측정 지그(1)의 상면(평행면(5) 및 경사면(9))을 상방으로 노출시킨다.
또는, 재치 단계(S10)에서는, 측정 지그(1)의 저면(3)을 척 테이블(8)이 분리된 테이블 베이스(8b)의 상면을 향하게 하여, 저면(3)을 테이블 베이스(8b)에 접촉시키고, 측정 지그(1)의 상면을 상방으로 노출시킨다. 이하, 척 테이블(8)이 분리된 테이블 베이스(8b)에 측정 지그(1)가 재치되는 경우를 예로 설명한다.
이어서, 측정 지그(1)의 방향 및 위치와, 백색 간섭계(40)의 위치를 조정하는 조정 단계(S20)를 실시한다. 도 3에는, 테이블 베이스(8b) 상에서 방향 및 위치가 조정된 측정 지그(1)를 모식적으로 나타내는 사시도가 포함되어 있다. 조정 단계(S20)에서는, 측정 지그(1)의 경계선(7)이 이송 방향(가공 이송 방향, X축 방향)과 평행해지도록 측정 지그(1)의 방향을 조정한다. 즉, 동작 정밀도를 측정하고 싶은 직선 이동 기구를 작동시킴으로써 직선 이동하는 요소의 이동 방향과, 측정 지그(1)의 경계선(7)의 신장 방향을 맞춘다.
그리고, 조정 단계(S20)에서는, 절삭 유닛(작업 유닛)(18)에 접속된 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 평행면(5)과 경사면(9)을 동시에 관측할 수 있도록 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)의 위치를 조정한다. 특히, 도 3에 도시하는 바와 같이, 백색 간섭계(40)의 관측 영역(40a)이 경계선(7)의 하나의 단부 부근에 위치되는 것이 바람직하다.
예를 들면, 작업자는, 백색 간섭계(40)의 관측 영역(40a)에 경계선(7)이 들어가도록, 측정 지그(1)의 방향을 유지하면서 테이블 베이스(8b) 상에서 측정 지그(1)의 위치를 조정한다. 또는, 작업자는, 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 상면을 관측하면서 가공 이송 유닛 및 산출 이송 유닛을 조작하여, 관측 영역(40a)에 경계선(7)이 들어가도록 절삭 유닛(18) 및 측정 지그(1)의 위치를 조정한다.
조정 단계(S20)를 실시한 후, 백색 간섭계(40)의 높이를 조절하면서 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 상면을 관찰하면 된다. 이 때, 도 5(A)의 사진(56a)에 나타내는 바와 같은 간섭 무늬가 확인된 경우, 백색 간섭계(40)가 적절한 방향을 향하고 있는 것이 확인된다. 즉, 관찰상의 평행면(5)에 대응하는 영역에 간섭 무늬가 나타나지 않고 대략 동일한 밝기이며, 관찰상의 경사면(9)에 대응하는 영역에 경계선(7)에 평행한 복수의 무늬가 나타나 있는 경우, 백색 간섭계(40)의 방향으로 문제가 없다는 것이 확인된다.
한편, 백색 간섭계(40)를 작동시켜 측정 지그(1)의 상면을 관측했을 때, 사진(56a)에 나타내는 바와 같은 간섭 무늬의 관찰상이 얻어지지 않는 경우, 백색 간섭계(40)의 절삭 유닛(18)에 대한 접속 상태를 확인하여 백색 간섭계(40)의 방향을 조정할 필요가 있다. 예를 들면, 백색 간섭계(40)는, 방향을 조정하기 위한 2축의 고니오 스테이지를 통해 절삭 유닛(18)에 접속되어도 좋고, 이 고니오 스테이지에서 백색 간섭계(40)의 방향이 조정되어도 좋다.
백색 간섭계(40)의 방향이 적절한 것이 확인된 후, 백색 간섭계(40)에서 관측되는 간섭 무늬의 변화를 관측하는 간섭 무늬 관측 단계(S30)를 실시한다. 간섭 무늬 관측 단계(S30)에서는, 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)에 의해 절삭 유닛(작업 유닛)(18)과 측정 지그(1)를 상대적으로 X축 방향(이송 방향)으로 직선 이동시키면서 경계선(7)을 따라 백색 간섭계(40)로 평행면(5) 및 경사면(9)을 관측한다. 이 때의 간섭 무늬의 변화를 관측한다.
여기서, 가공 이송 유닛은, 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 상면을 관측할 때마다 일시적으로 정지하여도 좋다. 이 경우, 측정 지그(1)의 상면의 각 지점에서 정밀하게 간섭 무늬를 관측할 수 있다. 또는, 간섭 무늬 관측 단계(S30)를 실시하고 있는 동안, 가공 이송 유닛을 정지시키지 않고, 정기적으로 백색 간섭계(40)를 작동시켜 측정 지그(1)의 상면을 관측해도 좋다. 이 경우, 간섭 무늬의 관측에 요하는 시간을 단축할 수 있다.
백색 간섭계(40)는, 예컨대, 절삭 장치(장치)(2)의 제어 유닛(42)에 접속되어 있고, 관측에 의해 얻어진 간섭 무늬가 찍히는 관찰상을 제어 유닛(42)에 송신한다. 제어 유닛(42)은, 백색 간섭계(40)로부터 송신되어 온 관찰상에 찍히는 간섭 무늬를 평가하여 평가 결과를 축적하고, 간섭 무늬의 변화에 관한 정보를 작성한다.
간섭 무늬 관측 단계(S30)의 다음에, 관측된 간섭 무늬의 변화로부터 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도를 산출하는 동작 정밀도 산출 단계(S40)를 실시한다. 다음에, 가공 이송 유닛의 동작 정밀도를 산출하는 방법에 대해서 설명한다. 동작 정밀도 산출 단계(S40)에서는, 예컨대, 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도의 요잉 정밀도와, 피칭 정밀도와, 롤링 정밀도를 산출한다.
가공 이송 유닛의 요잉 정밀도가 낮은 경우, 절삭 유닛(18) 및 테이블 베이스(8b)를 X축 방향(이송 방향)으로 상대적으로 이동시키는 동안, Z축 방향(이송 방향에 수직인 방향)을 축으로 한 회전이 테이블 베이스(8b)에 발생한다. 그 때문에, 간섭 무늬 관측 단계(S30)에서는, 측정 지그(1)의 상면을 백색 간섭계(40)로 관측하여 얻어지는 관찰상에 변화가 발생한다.
도 5(B)는 요잉이 발생하고 있을 때 백색 간섭계(40)에 의해 측정 지그(1)의 경계선(7) 부근을 관찰하여 얻어지는 간섭 무늬(공간 간섭 패턴)를 상정하여 작성된 사진(56b)이다. 또한, 이 사진(56b)도 사진(56a)과 마찬가지로, 백색 간섭계(40)로 실제로 측정 지그(1)를 관찰하여 얻어진 관찰상이 아니라, 이하의 설명을 위해 작성된 관찰상이다.
요잉이 발생하면, 간섭 무늬가 찍히는 관찰상에 전체적인 경사가 발생한다. 보다 상세하게는, 측정 지그(1)의 경계선(7)과, 경사면(9)의 영역에 나타나는 간섭 무늬가 동일한 각도로 X축 방향(이송 방향)으로부터 경사진다. 그리고, 이 경사각의 크기가 요잉 정밀도의 저하에 상당한다. 따라서, 절삭 유닛(작업 유닛)(18) 및 측정 지그(1)가 상대적으로 직선 이동하는 동안에 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 경계선(7)의 일단으로부터 타단에 걸쳐 관측을 행하고, 얻어진 각 관찰상으로부터 경사면(9) 등의 간섭 무늬의 경사각을 측정한다.
그렇게 하면, 경사각의 변화의 경향으로부터 요잉의 경향을 평가할 수 있고, 경사각의 최대 변화량에 기초하여 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도 중 요잉 정밀도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 얻어진 일련의 관찰상에 있어서, 경사면(9) 등의 간섭 무늬의 경사각의 변화가 충분히 작고, 경계선(7) 등이 시종 X축 방향(이송 방향)을 따르고 있는 경우, 요잉 정밀도가 양호하다고 할 수 있다.
또한, 가공 이송 유닛의 피칭 정밀도가 낮은 경우, 절삭 유닛(18) 및 테이블 베이스(8b)를 X축 방향(이송 방향)으로 상대적으로 이동시키는 동안, 테이블 베이스(8b)에 Y축 방향(이송 방향에 수직인 방향)을 축으로 한 회전이 생긴다. 이 때, 측정 지그(1)의 상면을 백색 간섭계(40)로 관측하여 얻어지는 관찰상에 변화가 생긴다.
도 5(C)는, 피칭이 발생하고 있을 때 백색 간섭계(40)에 의해 측정 지그(1)의 경계선(7) 부근을 관찰하여 얻어지는 간섭 무늬를 상정하여 작성된 사진(56c)이다. 또한, 이 사진(56c)도 사진(56a)과 마찬가지로, 백색 간섭계(40)로 실제로 측정 지그(1)를 관찰하여 얻어진 관찰상이 아니라, 이하의 설명을 위해 작성된 관찰상이다.
피칭이 발생하면, 측정 지그(1)의 상면과, 백색 간섭계(40)의 거리가 변화하여, 간섭 무늬가 찍히는 관찰상에 핀트의 어긋남이나 간섭 무늬의 명도의 변화, 각 무늬의 Y축 방향을 따른 평행 이동 등의 현상이 발생한다. 이들 관찰상의 핀트의 어긋남량이나 간섭 무늬의 명도의 변화량, 각 무늬의 이동량이 피칭 정밀도의 낮음에 상당한다. 따라서, 절삭 유닛(18) 및 측정 지그(1)가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 해당 간섭 무늬의 명도의 변화 등을 측정한다.
그러면, 명도의 변화의 경향으로부터 피칭의 경향을 평가할 수 있고, 명도의 최대 변화량에 기초하여 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도 중 피칭 정밀도를 산출할 수 있다. 예를 들어, 얻어진 일련의 관찰상에 있어서, 간섭 무늬의 명도의 변화가 충분히 작고, 간섭 무늬의 명도가 일정한 경우, 피칭 정밀도가 양호하다고 할 수 있다.
또한, 피칭의 경향을 관찰상의 핀트의 어긋남으로부터 평가하는 경우, 예컨대, 관찰상에 핀트의 어긋남이 확인되었을 때에, 가공 이송 유닛의 동작을 정지하고, 백색 간섭계(40)를 승강시킨다. 이 때, 관찰상의 핀트가 다시 맞춰질 때까지의 백색 간섭계(40)의 승강량으로부터 피칭량을 평가할 수 있다. 그리고, 척 테이블(8) 등의 이동과, 백색 간섭계(40)의 승강을 반복하여 피칭의 경향을 평가하여, 백색 간섭계(40)가 가장 높을 때의 높이와, 가장 낮을 때의 높이의 차를 피칭 정밀도로서 산출하면 좋다.
또한, 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 롤링 정밀도가 낮은 경우, 절삭 유닛(18) 및 테이블 베이스(8b)를 X축 방향(이송 방향)으로 상대적으로 이동시키는 동안, 테이블 베이스(8b)에 X축 방향(이송 방향)을 축으로 한 회전이 생긴다. 이 때, 측정 지그(1)의 상면을 백색 간섭계(40)로 관측하여 얻어지는 관찰상에 변화가 생긴다.
도 5(D)는, 롤링이 발생하고 있을 때 백색 간섭계(40)에 의해 측정 지그(1)의 경계선(7) 부근을 관찰하여 얻어지는 간섭 무늬를 상정하여 작성된 사진(56d)이다. 또한, 이 사진(56d)도 사진(56a)과 마찬가지로, 백색 간섭계(40)로 실제로 측정 지그(1)를 관찰하여 얻어진 관찰상이 아니라, 이하의 설명을 위해 작성된 관찰상이다.
롤링이 발생하면 측정 지그(1)의 평행면(5)이 경사져, 평행면(5)의 각 지점의 높이가 동일하지 않게 되기 때문에, 평행면(5)에 간섭 무늬가 확인되게 된다. 또한, 경사면(9)의 각 지점의 높이도 변화하기 때문에, 롤링의 크기에 따라서 경사면(9)에서 발생하는 간섭 무늬의 무늬 간격이 변화한다. 그 때문에, 절삭 유닛(18) 및 측정 지그(1)가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 평행면(5)에서의 간섭 무늬의 발생의 유무, 또는, 경사면(9)의 간섭 무늬의 간격의 변화를 관측하면, 롤링의 경향을 평가할 수 있다.
예컨대, 무늬 간격의 변화의 최대 변화량에 기초하여 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도 중 롤링 정밀도를 산출할 수 있다. 또한, 얻어진 일련의 관찰상에 있어서, 무늬 간격의 변화가 충분히 작아 평행면(5)에 무늬가 나타나지 않는 경우, 롤링 정밀도가 양호하다고 할 수 있다.
측정 지그(1)를 사용하여 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도를 산출한 결과, 그 동작 정밀도가 소정의 수준을 만족시키지 않는 것이 확인된 경우, 가공 이송 유닛의 정비나 교환을 하면 좋다. 그 후, 가공 이송 유닛(직선 이동 기구)의 동작 정밀도를 동일하게 산출하면 좋다. 상기 동작 정밀도가 소정의 수준을 만족시키는 것이 확인된 경우, 절삭 장치(2)로 피가공물을 적절하게 가공하기 위한 조건 중 하나를 달성한 것이 확인된다.
절삭 장치(2)에 있어서의 각 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 산출은, 예를 들어, 공장 등에 절삭 장치(2)를 설치했을 때에 실시되면 좋다. 또는, 절삭 장치(2)를 운용하여 소정의 기간이 경과한 후에 실시되면 좋다. 이에 의해, 절삭 장치(2)는 피가공물을 고정밀도로 가공할 수 있는 상태로 유지된다. 그리고, 본 실시형태에 따른 측정 지그(1)에 의하면, 상기 동작 정밀도의 산출을 신속하게 실시할 수 있기 때문에, 절삭 장치(2)의 가동 시간을 많이 확보할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 측정 지그(1)는, 저면(3)과 평행한 평행면(5)과, 평행면(5)에 대하여 약간 경사진 경사면(9)을 갖기 때문에, 백색 간섭계(40)와 조합하여 사용함으로써 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 고정밀도로 산출할 수 있다. 이 때, 동작 정밀도의 항목마다 측정 지그(1)의 재배치 등이 불필요하다. 즉, 직선 이동 기구를 한번 작동시키는 것만으로 동작 정밀도를 매우 단시간에 다각적으로 또한 고정밀도로 산출할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는, 직선 이동 기구가 절삭 장치(2)의 가공 이송 유닛이며, 가공 이송 유닛의 동작 정밀도를 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)를 사용하여 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 동작 정밀도의 측정 대상이 되는 직선 이동 기구는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)를 사용하여 동일한 수법에 의해 산출 이송 유닛의 동작 정밀도가 산출되어도 좋다.
또한, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)를 사용하여 절삭 장치(2)의 절입 이송 유닛의 동작 정밀도가 산출되어도 좋다. 절입 이송 유닛은, 절삭 유닛(18)을 척 테이블(8)에 대하여 승강시키는 직선 이동 기구이다.
따라서, 예컨대, 척 테이블(8)의 유지면(8a) 또는 테이블 베이스(8b)의 상면에 측정 지그(1)를 직립시켜 고정한다. 이 때, 측정 지그(1)의 상면을 Y축 방향의 절삭 유닛(18) 측을 향하게 한다. 그리고, 백색 간섭계(40)를 측정 지그(1)를 향해 절삭 유닛(18)에 고정한다. 그 후, 절입 이송 유닛을 작동시켜 절삭 유닛(18)을 승강시키면서 백색 간섭계(40)로 경계선(7)을 따라 측정 지그(1)의 평행면(5) 및 경사면(9)을 관측한다. 그러면, 얻어지는 간섭 무늬의 변화에 기초하여 절입 이송 유닛의 동작 정밀도를 산출할 수 있다.
또한, 상기 설명에서는, 테이블 베이스(8b)(척 테이블(8))에 측정 지그(1)를 재치하고, 절삭 유닛(18)에 백색 간섭계(40)를 접속하는 경우에 대해서 설명했지만, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)는, 서로 교체되어 사용되어도 좋다. 즉, 측정 지그(1)를 절삭 유닛(18)에 고정하고, 백색 간섭계(40)를 테이블 베이스(8b)(척 테이블(8))에 재치하고, 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 상면을 관측하여도 좋다. 중요한 것은, 직선 이동 기구에 의해 이동하는 요소로 하지 않는 요소의 한 쪽에 측정 지그(1)를 접촉시키고, 다른 쪽에 백색 간섭계(40)를 접촉시키는 것이다.
또한, 상기 설명에서는, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)를 사용하여 절삭 유닛(18)을 갖는 절삭 장치(2)에 있어서 가공 이송 유닛 등의 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는 경우에 대해서 설명했지만, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)의 용도는 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 현미경을 주사하여 이동 테이블에 지지된 시료를 검사하는 검사 장치에 있어서, 이동 테이블 및 현미경을 상대적으로 직선 이동시키는 직선 이동 기구의 동작 정밀도가 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)에 의해 산출되어도 좋다.
측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)를 사용하면, 지지 테이블과, 작업 유닛을 상대적으로 직선 이동시키는 직선 이동 기구가 내장된 모든 장치에 있어서, 그 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출할 수 있다. 그리고, 측정 지그(1) 및 백색 간섭계(40)는, 특정한 장치에 전속적으로 사용될 필요는 없고, 직선 이동 기구의 동작 정밀도 측정 시스템에 있어서 널리 사용되어도 좋다. 즉, 본 실시형태에 따른 측정 지그(1)는, 백색 간섭계(40)와 함께 동작 정밀도 측정 시스템을 구성해도 좋다.
이 동작 정밀도 측정 시스템은, 지지면을 갖고 물체를 지지하는 지지 테이블과, 그 지지 테이블로 지지된 물체에 가공 또는 측정 중 어느 하나의 작업을 실시하는 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정한다. 동작 정밀도 측정 시스템은, 백색 간섭계(40)와, 측정 지그(1)를 포함한다.
백색 간섭계(40)는, 해당 작업 유닛에 의한 물체에 대한 작업이 실시되는 상기 지지 테이블 상의 작업점을 관측 가능하고, 그 이송 방향에 수직인 방향으로 이동 가능하게 그 작업 유닛에 접속된다. 측정 지그(1)는, 평면형의 저면(3)과, 저면(3)과 대향하고 저면(3)과 평행한 평행면(5)과, 직선형의 경계선(7)을 통해 평행면(5)과 접속하고 평행면(5)에 대하여 경사진 경사면(9)을 갖는다.
그리고, 경계선(7)을 그 이송 방향에 평행한 방향을 향하게 함과 함께 백색 간섭계(40)의 관측 범위에 평행면(5)과 경사면(9)을 동시에 관측할 수 있는 위치에 위치시켜 측정 지그(1)를 그 지지면에 재치한다. 다음으로, 상기 직선 이동 기구를 작동시켜 상기 이송 방향으로 상기 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 직선 이동시키면서 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 평행면(5) 및 경사면(9)의 간섭 무늬의 변화를 관측한다. 그리고, 상기 간섭 무늬의 변화에 기초하여 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출한다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 백색 간섭계(40)가 넓은 파장 영역에 강도를 가지는 백색광을 측정 지그(1)에 조사하여 간섭 무늬를 관측하는 경우에 대해 설명했지만, 백색 간섭계(40)가 측정 지그(1)에 조사하는 광은 백색광으로 한정되지 않는다. 예를 들면, 단색광을 이용한 위상 크로스법에 의해, 평행면(5) 및 경사면(9)의 각 지점의 높이, 즉, 각 면의 경사가 검출되어도 좋다.
또한, 간섭 무늬를 관측하기 위해 백색 간섭계(40)를 사용하는 경우에 대해서 설명했지만, 본 발명의 일 양태는 이것에 한정되지 않는다. 즉, 백색 간섭계(40) 대신에 레이저 간섭계가 사용되어 간섭 무늬가 관측되어도 좋다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 측정 지그(1)를 테이블 베이스(8b)에 재치하여 측정 지그(1)의 상면을 백색 간섭계(40)로 관측했을 때, 경사면(9)뿐만 아니라 평행면(5)에도 간섭 무늬가 나타나 있는 경우에, 백색 간섭계(40)의 방향을 조정하는 것에 대하여 설명하였다. 그러나, 이 경우에도 백색 간섭계(40)의 방향은 반드시 조정되지 않아도 좋다.
직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는데 중요한 요소는, 직선 이동 기구를 작동시켰을 때의 백색 간섭계(40)에서 관측되는 간섭 무늬의 변화이다. 즉, 백색 간섭계(40)의 방향이 최초로 조정되어 있지 않아도, 직선 이동 기구의 작동 시의 간섭 무늬의 변화를 적절히 검출할 수 있는 것이면, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 적절히 산출할 수 있다. 예를 들어, 직선 이동 기구를 작동시키고 있는 동안에 평행면(5)에서 관측되는 간섭 무늬에 변화가 없으면, 직선 이동 기구의 동작 정밀도가 높다는 것이 이해된다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 측정 지그(1)의 저면(3)과 평행면(5)이 고정밀도로 평행인 경우를 예로 들어 설명했지만, 평행면(5)이 저면(3)에 대하여 경사져 있어도 좋다. 이 경우에 있어서도, 백색 간섭계(40)로 측정 지그(1)의 상면을 관측했을 때에, 평행면(5)이 동일한 명도로 되지 않고, 경사면(9)뿐만 아니라 평행면(5)에도 간섭 무늬가 나타난다. 그러나, 직선 이동 기구를 작동시키는 동안에 있어서의 평행면(5)의 간섭 무늬의 변화에 기초하여, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출할 수도 있다. 따라서, 평행면(5)은, 저면(3)에 대하여 고정밀도로 평행하지 않아도 좋다.
또한, 상기 실시형태에서는, 척 테이블(8)이 분리된 테이블 베이스(8b)에 재치되어 측정 지그(1)가 사용되는 경우를 예로 설명했지만, 측정 지그(1)는 척 테이블(8)에 재치되어 사용되어도 좋다. 예컨대, 테이블 베이스(8b)를 구비하지 않고 척 테이블(8)이 직선 이동 기구에 직접적으로 접속된 장치에 있어서는, 척 테이블(8)의 분리가 용이하지 않은 경우가 있다. 이 경우, 측정 지그(1)는, 척 테이블(8)의 유지면(8a) 상에 재치되어 사용된다.
또한, 테이블 베이스(8b)를 갖는 장치에서도, 측정 지그(1)는, 척 테이블(8)의 유지면(8a) 상에 재치되어 사용되어도 좋다. 이 경우, 척 테이블(8)을 테이블 베이스(8b)로부터 분리하지 않고 측정 지그(1)를 사용할 수 있는 데다가, 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출한 후, 측정 지그(1)를 척 테이블(8)로부터 이동시키는 것만으로 바로 장치를 사용할 수 있다. 따라서, 직선 이동 기구의 동작 정밀도의 측정 효율이 높아지고, 장치의 가동 효율도 높아진다.
그러나, 척 테이블(지지 테이블)(8)은, 기본적으로 저면과 유지면(8a)이 평행해지도록 제조되고 있지만, 저면과 유지면(8a)의 경사의 정밀도나 척 테이블(8)의 두께 분포에 일정한 편차가 존재한다. 그 때문에, 척 테이블(8)의 유지면(8a) 상에 측정 지그(1)를 재치했을 때, 척 테이블(8)의 형상에 기인하여 측정 지그(1)의 상면이 경사지는 경우가 있다. 따라서, 상기 실시형태와 같이 측정 지그(1)를 테이블 베이스(8b)에 재치하여 사용하는 경우, 척 테이블(8)의 형상에 좌우되지 않고 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출할 수 있다.
그 밖에, 상기 실시형태에 관련된 구조, 방법 등은, 본 발명의 목적의 범위를 일탈하지 않는 한 적절히 변경하여 실시할 수 있다.
1 측정 지그
3 저면
5 평행면
7 경계선
9 경사면
2 절삭 장치(장치)
4 장치 베이스
6 X축 이동 테이블
8 척 테이블
8a 유지면
8b 테이블 베이스
10 클램프
12 X축 가이드 레일
14 X축 볼 나사
16 X축 펄스 모터
18 절삭 유닛(작업 유닛)
18a 절삭 블레이드
18b 스핀들 하우징
18c 스핀들
20 배수로
22 지지 구조
24 Y축 가이드 레일
26 Y축 이동 플레이트
28 Y축 볼 나사
28a Y축 펄스 모터
30 Z축 가이드 레일
32 Z축 이동 플레이트
34 Z축 볼 나사
36 Z축 펄스 모터
38 촬상 장치
40 백색 간섭계
40a 관측 영역
42 제어 유닛
44 백색 광원
46 제1 렌즈
48 빔 스플리터
50 간섭 대물 렌즈
50a 레퍼런스 미러
52 제2 렌즈
54 어레이 센서
56 백색광
56a, 56b, 56c, 56d 사진

Claims (7)

  1. 평면형의 저면과,
    상기 저면과 대향하고 상기 저면과 평행한 평행면과,
    직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대하여 경사진 경사면을 갖는 것을 특징으로 하는 측정 지그.
  2. 지지면을 갖고 물체를 지지하는 지지 테이블과, 그 지지 테이블로 지지된 물체에 가공 또는 측정 중 어느 하나의 작업을 실시하는 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하는 동작 정밀도 측정 시스템에 있어서,
    상기 작업 유닛에 의한 물체에 대한 작업이 실시되는 상기 지지 테이블 상의 작업점을 관측 가능하고, 상기 이송 방향에 수직인 방향으로 이동 가능하게 상기 작업 유닛에 접속된 백색 간섭계와,
    평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대해 경사진 경사면을 가진 측정 지그를 포함하고,
    상기 경계선을 상기 이송 방향에 평행한 방향을 향하게 함과 함께 상기 백색 간섭계의 관측 범위에 상기 평행면과 상기 경사면을 동시에 관측할 수 있는 위치에 위치시켜 상기 측정 지그를 상기 지지 테이블 상 또는 상기 지지 테이블을 지지할 수 있는 테이블 베이스 상에 재치하고, 상기 직선 이동 기구를 작동시켜 상기 이송 방향으로 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그를 상대적으로 직선 이동시키면서 상기 백색 간섭계로 상기 측정 지그의 상기 평행면 및 상기 경사면의 간섭 무늬의 변화를 관측하고, 상기 간섭 무늬의 변화에 기초하여 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 시스템.
  3. 지지면을 갖고 물체를 지지하는 지지 테이블과, 그 지지 테이블로 지지된 물체에 가공 또는 측정 중 어느 하나의 작업을 실시하는 작업 유닛과, 그 작업 유닛 및 상기 지지 테이블을 상대적으로 이송 방향을 따라 직선 이동시키는 직선 이동 기구를 구비하는 장치에 있어서의 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 측정하는 동작 정밀도 측정 방법에 있어서,
    평면형의 저면과, 그 저면과 대향하고 그 저면과 평행한 평행면과, 직선형의 경계선을 통해 상기 평행면과 접속하고 상기 평행면에 대하여 경사진 경사면을 가진 측정 지그를 상기 지지 테이블 상 또는 상기 지지 테이블을 지지할 수 있는 테이블 베이스 상에 재치하는 재치 단계와,
    상기 측정 지그의 상기 경계선이 상기 이송 방향과 평행이 되도록 상기 측정 지그의 방향을 조정함과 함께 상기 작업 유닛에 접속된 백색 간섭계로 상기 평행면과 상기 경사면을 동시에 관측할 수 있도록 상기 측정 지그 및 상기 백색 간섭계의 위치를 조정하는 조정 단계와,
    상기 직선 이동 기구에 의해 상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그를 상대적으로 상기 이송 방향으로 직선 이동시키면서 상기 백색 간섭계로 상기 평행면 및 상기 경사면을 관측하여 간섭 무늬의 변화를 관측하는 간섭 무늬 관측 단계와,
    관측된 상기 간섭 무늬의 변화로부터 상기 직선 이동 기구의 동작 정밀도를 산출하는 동작 정밀도 산출 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 동작 정밀도 산출 단계에서는,
    상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 경사면의 상기 간섭 무늬의 경사의 최대 변화량에 기초하여 상기 동작 정밀도의 요잉 정밀도를 산출하고,
    상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 간섭 무늬의 명도의 최대 변화량에 기초하여 상기 동작 정밀도의 피칭 정밀도를 산출하고,
    상기 작업 유닛 및 상기 측정 지그가 상대적으로 이동하는 동안에 관측되는 상기 평행면에서의 간섭 무늬의 발생의 유무, 또는, 상기 경사면의 상기 간섭 무늬의 무늬 간격의 변화를 관측함으로써 상기 동작 정밀도의 롤링 정밀도를 산출하는 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 측정 지그의 상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하인 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 측정 지그의 상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하인 것을 특징으로 하는 동작 정밀도 측정 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 경사면의 상기 평행면에 대한 구배는, 1/15000 이상 1/5000 이하인 것을 특징으로 하는 측정 지그.
KR1020220068595A 2021-06-15 2022-06-07 측정 지그, 동작 정밀도 측정 시스템, 및 동작 정밀도 측정 방법 KR20220168154A (ko)

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