KR20230000959A - 제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법 - Google Patents

Abstract

보이스 코일 모터의 부하를 유효하게 저감할 수 있는, 제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법을 제공한다.
한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터(10) 및 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더(30)를 구비하는 진퇴 기구(101)를 사용해서 피지지체를 지지하고, 해당 피지지체의 자세를 조정하는 자세 조정 장치(100)에 있어서, 진퇴 기구(101)는 복수이고, 각 진퇴 기구(101)는, 원환상으로, 등간격으로 배치되어 있다.

Description

제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법{CONTROL SYSTEM, ATTITUDE ADJUSTING DEVICE AND CONTROL METHOD}

본 발명은 제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, Z축 가동부의 구동원에 보이스 코일 모터와 에어 실린더를 겸비하고, 보이스 코일 모터에 흐르는 전류값이 0이 되도록 에어 실린더에의 전류값을 피드백해서 제어하는 스테이지 장치가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 스테이지의 경사각을 제어하는 피에조 액추에이터의 선단에 틸트 힌지를 개재해서 당해 스테이지를 보유지지하고, Z축 방향의 강성의 향상을 도모하는 스테이지 장치가 개시되어 있다.

일본특허 제3940277호 공보 일본특허공개 제2006-339263호 공보

특허문헌 2의 스테이지 장치와 같이, Z축 방향의 강성이 향상된 경우에는, (피에조 액추에이터 대신에 보이스 코일 모터를 사용한 경우) 보이스 코일 모터의 부하가 증가하므로, 보이스 코일 모터의 구동 전류가 증가한다는 문제가 있다.

이에 대해서는, 특허문헌 1의 스테이지 장치와 같이, 에어 실린더를 채용해서 보이스 코일 모터를 보조함으로써, 보이스 코일 모터의 부하가 어느 정도 저감되지만, 부하의 저감에 걸리는 속도는 충분하지 않다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 바는, 강성을 높인 Z축을 갖는 스테이지 장치에 있어서, 보이스 코일 모터와 에어 실린더를 겸비하는 경우, 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있는, 제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명에 관한 제어 시스템은, 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터와, 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구의 진퇴를 제어하는 제어 시스템에 있어서, 상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 에어 실린더를 제어한다.

본 발명에 있어서는, 상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 에어 실린더의 구동에 관한 전류의 제어를 행하므로 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 제어 시스템은, 상기 보이스 코일 모터에 입력되는 전류가 0이 되도록, 상기 에어 실린더를 제어한다.

본 발명에 있어서는, 상기 에어 실린더를 제어할 때, 상기 보이스 코일 모터에 입력되는 전류가 0이 되도록, 소위 피드백 제어를 행하므로 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 제어 시스템은, 상기 가동자의 속도가 일정한지의 여부에 기초하여 상기 에어 실린더를 제어한다.

본 발명에 있어서는, 상기 가동자의 속도를 감시하고, 상기 가동자의 속도에 비례해서 에어 실린더의 추력이 증감되도록, 상기 에어 실린더의 구동에 관한 전류의 제어를 개시하므로 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터 및 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구를 사용해서 피지지체를 지지하고, 해당 피지지체의 자세를 조정하는 자세 조정 장치에 있어서, 상기 진퇴 기구는 복수이고, 각 진퇴 기구는, 원환상으로, 등간격으로 배치되어 있다.

본 발명에 있어서는, 원환상으로, 등간격으로 배치되어 있는 복수의 진퇴 기구를 사용하여, 상기 자세 조정 장치가 상기 피지지체의 자세를 조정하므로 피지지체의 자세 조정을 정확하게 행할 수 있다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 상기 에어 실린더는, 상기 한 방향으로 이동 가능한 이동축을 갖고 있고, 각 진퇴 기구에 마련되어, 한 면이 상기 가동자 및 상기 이동축에 보유지지되어 있는 판 부재와, 각 판 부재의 다른 면에 마련되고, 상기 피지지체의 자세 조정 시에, 변형하는 제1 가변 부재를 구비한다.

본 발명에 있어서는, 상기 가동자 및 상기 이동축의 이동에 의해 상기 피지지체의 자세를 조정할 때, 상기 판 부재에 마련된 상기 제1 가변 부재가 예를 들어 상기 한 방향에 대하여 틸트하는 변형을 행하여, 보다 적절하게 상기 피지지체의 자세가 조정된다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 각 제1 가변 부재는 원주부와, 상기 원주부의 양 단부면에 마련된 설치판을 갖고, 상기 원주부에는 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈이 형성되어 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 원주부에는, 상기 한 쌍의 홈이 형성되어 있으므로, 상기 제1 가변 부재가 상기 한 방향에 대하여 틸트하는 변형이 가능하고, 보다 적절하게 상기 피지지체의 자세가 조정된다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 상기 한 쌍의 홈은, 상기 원주부의 축 길이 방향으로, 등간격으로 복수 형성되어 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 한 쌍의 홈이 상기 원주부의 축 길이 방향으로 등간격으로 복수 형성되어 있으므로, 더 미세하게 상기 피지지체의 자세가 조정된다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 각 제1 가변 부재에 있어서, 각 홈의 개방 방향은, 둘레 방향에서, 등간격으로 어긋나 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 제1 가변 부재에 있어서의 각 홈의 개방 방향은, 둘레 방향에서, 등간격으로 어긋나 있으므로 상기 한 방향과 직교하는 모든 방향으로, 상기 제1 가변 부재가 자유롭게 틸트할 수 있다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 모든 제1 가변 부재에 있어서, 상기 홈의 개방 방향이 동일하다.

본 발명에 있어서는, 모든 제1 가변 부재에 있어서, 상기 홈의 개방 방향이 동일하므로, 보다 적절하게 상기 피지지체의 자세가 조정된다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 각 판 부재와 각 이동축과의 사이에, 제2 가변 부재가 마련되어 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 피지지체의 자세를 조정할 때, 필요에 따라 상기 제2 가변 부재가 변형을 행하여, 상기 이동축의 이동을 적절하게 상기 판 부재로 전달한다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 각 제2 가변 부재는, 원주부와, 상기 원주부의 양 단부면에 마련된 설치판을 갖고, 상기 원주부에는, 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈이 형성되어 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 원주부에는, 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈이 형성되어 있으므로, 상기 피지지체의 자세를 조정할 때, 상기 제2 가변 부재가 상기 한 방향에 대하여 틸트하는 변형을 행한다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 상기 제2 가변 부재의 상기 홈은, 바닥측에서 폭이 확장되어 있다.

본 발명에 있어서는, 상기 피지지체의 자세를 조정할 때, 상기 제2 가변 부재가 보다 용이하게, 상기 한 방향에 대하여 틸트할 수 있다.

본 발명에 관한 자세 조정 장치는, 상기 진퇴 기구는 적어도 3개이다.

본 발명에 있어서는, 적어도 3개의 진퇴 기구를 사용해서 상기 피지지체의 자세 조정을 행하므로, 보다 미세한 자세 조정이 가능하다.

본 발명에 관한 제어 방법은, 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터와, 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구의 진퇴를 제어하는 제어 방법에 있어서, 상기 에어 실린더의 구동에 관한 전류를 제어하는 제어부가, 상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 전류의 제어를 행한다.

본 발명에 있어서는, 상기 제어부는, 상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 에어 실린더의 구동에 관한 전류의 제어를 행하므로 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있다.

본 발명에 따르면, 보이스 코일 모터의 부하를 빠르게 저감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 스테이지 장치를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 VCM을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 가동자를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 제1 힌지를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치의 제2 힌지를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 실시 형태에 따른 자세 조정 장치에 있어서의 진퇴 기구의 제어를 설명하는 블록도이다.
도 9는 자세 조정 장치의 제2 구동계에 있어서의 진퇴 기구의 제어를 설명하는 흐름도이다.
도 10은 에어 실린더의 제어에, 가동자의 이동 속도를 부가한 경우의 효과를 도시하는 도면이다.

이하에, 본 발명의 실시 형태에 따른 제어 시스템, 자세 조정 장치 및 제어 방법을, 반도체 기판을 반송하는 소위 스테이지 장치에 적용한 경우를 예로서, 도면에 기초해서 상세하게 설명한다.

스테이지 장치는, 실리콘 칩과 기판의 전극면을 접합하는, 소위 플립 칩 본딩 시에, 기판의 반송·보유지지를 행한다. 스테이지 장치는, 기판을 수평 방향(XY 방향) 및 상하 방향(Z 방향)으로 이동시키는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 스테이지 장치(500)를 도시하는 개략도이다. 설명의 편의상, 도면의 천지 방향을 상하 방향(Z 방향 이라고도 한다)으로 한다.

스테이지 장치(500)는, 예를 들어 진공 흡착 등에 의해 기판(도시하지 않음)을 보유지지하는 기판 척(400)을 구비하고 있다. 기판 척(400)의 하방에는, 기판 척(400)으로부터 기판을 승강시키는 리프트 핀 기구(300)가 마련되어 있다. 리프트 핀 기구(300)는 기판 척(400)을 상하 방향으로 관통하는 리프트 핀을 갖고 있고, 예를 들어 로봇 핸드에 의한 기판의 반송·회수를 행할 때, 기판 척(400)의 보유지지면으로부터 리프트 핀을 돌출시킴으로써, 기판을 기판 척(400)으로부터 이격시킨다.

또한, 리프트 핀 기구(300)의 하방에는, Z축 주위에 기판(기판 척(400))을 회전시키는, 원반상의 회전 기구(200)가 마련되어 있다. 회전 기구(200)의 하방에는, 플립 칩 본딩 시에, 수평 방향으로의 기판의 변위를 억제하기 위한 자세 조정 장치(100)가 마련되어 있다. 자세 조정 장치(100)는, 회전 기구(200) 및 기판 척(400)을 Z 방향으로 구동할 수 있다.

도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)의 사시도이며, 도 3은 평면도이다.

자세 조정 장치(100)는 프레임체(50)를 구비하고 있다. 프레임체(50)는, 금속제이고, 상하 방향으로 상승되는 4개의 측벽으로 이루어진다. 바꾸어 말하면, 프레임체(50)는 평면으로 보아 중공의 직사각형이다. 프레임체(50)에는, 3군데에, Z 방향으로 진퇴하는 진퇴 기구(101)가 마련되어 있다. 각 진퇴 기구(101)는, 보이스 코일 모터(이하, VCM이라고 칭한다.)(10) 및 에어 실린더(30)를 갖고 있다. 바꾸어 말하면, 자세 조정 장치(100)는, 3개의 VCM(10) 및 3개의 에어 실린더(30)를 갖고 있다.

3개의 VCM(10)은, 프레임체(50)의 4개의 측벽 중, 양 장변측의 측벽, 및 하나의 단변측의 측벽의 외측에, 각각 설치되어 있다. 또한, 3개의 VCM(10)은 원환상으로, 등간격으로 배치되어 있다. 즉, VCM(10)끼리는 둘레 방향으로 120도 이격해서 마련되어 있다.

또한, 프레임체(50)의 내측에는, 3개의 에어 실린더(30)가 마련되어 있다. 각 에어 실린더(30)는 각 VCM(10)과 대응지어서 마련되어 있다. 즉, 에어 실린더(30)와 VCM(10)은 한 쌍을 이루고 있다.

또한, 프레임체(50)에는, 후술하는 VCM(10)의 가동자(2)의 이동을 안내하는 3개의 가이드(51)가 마련되어 있다. 프레임체(50)의 하나의 장변측의 측벽의 외측에 1개의 가이드(51)가 마련되고, 프레임체(50)의 다른 단변측의 측벽의 외측에 2개의 가이드(51)가 마련되어 있다. 각 가이드(51)는, 가동자(2)의 일부와 걸림결합하는 걸림결합홈(511)을 갖고 있다(도 3 참조). 걸림결합홈(511)은 상하 방향으로 연장되어 있다.

도 4는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)의 VCM(10)을 도시하는 도면이다. 도 4에는 4개의 도면이 도시되어 있다. 가로 배열하는 3개의 도면 중, 중앙의 도면이 VCM(10)의 정면도이고, 양측이 측면도이고, 정면도의 위에는 평면도가 도시되어 있다.

VCM(10)은 프레임체(50)에 고정된 고정자(1)와, 가동자(2)를 포함한다. 도 5는 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)의 가동자(2)를 도시하는 도면이다.

고정자(1)는 한 쌍의 자석 요크(11)를 갖고 있다. 한 쌍의 자석 요크(11)는, 서로 소정 간격을 두고 대향 배치되어 있다. 각 자석 요크(11)는, 강자성재(예를 들어 철강)로 이루어지고, 직사각형의 판 형상이다. 각 자석 요크(11)에는, 4변 중 대향하는 2변의 테두리부에, 변을 따라 절결(14)이 각각 형성되어 있다. VCM(10)은, 절결(14)끼리의 대향 방향이 상하 방향이 되도록, 프레임체(50)에 설치되어 있다.

한 쌍의 자석 요크(11) 사이에는, 자석 요크(11) 사이의 간격을 보유지지하는 간격 보유지지부(12, 13)가 개재되어 있다. 간격 보유지지부(12, 13)는 자석 요크(11)의 네 귀퉁이에 마련되어 있고, 각 절결(14)의 일측에 간격 보유지지부(12)가 마련되고, 절결(14)의 타측에 간격 보유지지부(13)이 마련되어 있다.

간격 보유지지부(13)는, 예를 들어 한 쌍의 자석 요크(11)의 대향 방향으로 연장하는 직육면체 형상이다. 간격 보유지지부(12)는, 한 쌍의 자석 요크(11)의 대향 방향으로 연장하는 직육면체 형상부를 갖고 있고, 상기 직육면체 형상부의 중간부가 간격 보유지지부(12, 13)의 병설 방향으로 연장되어, 한 쌍의 자석 요크(11) 사이로부터 비어져 나와 있다.

각 자석 요크(11)의 대향면에는, 즉 각 자석 요크(11)의 내측면에는, 자석 유닛(M)이 각각 고정되어 있다. 각 자석 유닛(M)은 한 쌍의 영구 자석을 포함한다. 즉, 한쪽 자석 요크(11)에는, 한 쌍의 영구 자석(M1, M2)이 고정되어 있고, 다른 쪽의 자석 요크(11)에는, 한 쌍의 영구 자석(M3, M4)이 고정되어 있다. 예를 들어, 영구 자석(M1, M2, M3, M4)은, 희토류 자석이고, 동일한 형상이며 직사각형의 판 형상이다. 각 영구 자석(M1, M2, M3, M4)은, 두께 방향으로 자화되어 있고, 양 주면측에서, 이극성의 자극이 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 영구 자석(M1)은 2개의 자석으로 구성되어 있지만, 1개의 자석으로 구성해도 되고, 3개 이상의 자석으로 구성해도 된다. 어느 경우도, 주면측에 있어서 동극성의 자극이 형성되도록 구성한다. 영구 자석(M2, M3, M4)도 마찬가지이다.

한 쌍의 영구 자석(M1, M2)은 절결(14)끼리의 대향 방향으로, 예를 들어 각각의 주면이 같은 높이로 되도록 병설되어 있다. 또한, 한 쌍의 영구 자석(M3, M4)도 절결(14)끼리의 대향 방향으로, 각각의 주면이 같은 높이로 되도록 병설되어 있다. 한 쌍의 영구 자석(M3, M4)은, 각각의 일 주면이 한 쌍의 영구 자석(M1, M2)의 일 주면과 대향하도록 마련되어 있다. 즉, 한 쌍의 자석 요크(11)의 대향 방향에 있어서, 한 쌍의 영구 자석(M1, M2)의 위치는, 한 쌍의 영구 자석(M3, M4)의 위치와 정합하고 있다. 따라서, 영구 자석(M1)의 일 주면은, 영구 자석(M3)의 일 주면과 대향하고 있고, 영구 자석(M2)의 일 주면은, 영구 자석(M4)의 일 주면과 대향하고 있다.

이때, 인접하는, 영구 자석(M1)의 상기 일 주면 및 영구 자석(M2)의 상기 일 주면의 극성은 다르고, 영구 자석(M3)의 상기 일 주면 및 영구 자석(M4)의 상기 일 주면의 극성은 다르다. 또한, 서로 대향하는, 영구 자석(M1)의 상기 일 주면 및 영구 자석(M3)의 상기 일 주면의 극성은 다르고, 영구 자석(M2)의 상기 일 주면 및 영구 자석(M4)의 상기 일 주면의 극성은 다르다.

이와 같은 구성에 의해, 한 쌍의 자석 요크(11)의 자석 유닛(M)끼리의 사이에는, 소위 자기 공극이 형성되어 있다. 이러한 자기 공극에는, 가동자(2)가 배치되고, 절결(14)끼리의 대향 방향으로 이동한다(도 4의 흰색 화살표 참조).

도 5에 도시한 바와 같이, 가동자(2)는 가동체(21)와, 공심 코일(C)을 포함한다.

가동체(21)는 금속제이고, 가동자(2)의 이동 방향(이하, 단순히 이동 방향이라고 칭한다)을 폭 방향으로 하는 직사각형의 판 형상이다. 가동체(21)는 양 장변의 테두리부의 중앙부가 이동 방향으로 돌출되어 있다. 가동체(21)에 있어서, 하나의 장변측의 상기 중앙부에 관한 측면에는, 후술하는 연결판 부재(20)를 나사 고정하기 위한 나사 구멍(24, 24)이 형성되어 있다.

또한, 가동체(21)는 길이 방향의 양 단부(211, 212)가, 가동체(21)의 두께 방향으로, 동일 방향으로 굴곡되어 있다. 양 단부(211, 212) 중, 한쪽 단부(211)는 다른 쪽 단부(212)보다, 가동체(21)의 두께 방향에서의 치수가 길다. 단부(211)의 선단부는, 프레임체(50)의 가이드(51)의 걸림결합홈(511)에 대응하는 형상이며, 걸림결합홈(511)과 걸림결합하고, 걸림결합홈(511) 내를 미끄럼 이동한다.

가동체(21)의 중앙에는, 공심 코일(C)을 수용하는 관통 구멍(22)이 형성되어 있다. 관통 구멍(22)은 가동체(21)의 길이 방향으로 연장하는 대략 직사각형의 형상을 이루고 있고, 관통 구멍(22)의 오목한 귀퉁이는 R면취가 실시되어 있다. 관통 구멍(22)의 양 장변 측연에는, 중앙부에, 공심 코일(C)을 보유지지해서 빠지는 것을 방지하는 빠짐 방지편(221)이 관통 구멍(22)의 중앙을 향해서 각각 돌출 설치되어 있다. 관통 구멍(22)의 양 단변 측연에도, 중앙부에, 빠짐 방지편(222)이 관통 구멍(22)의 중앙을 향해서 각각 돌출 설치되어 있다.

또한, 가동체(21)의 하나의 주면에는, 공심 코일(C)의 리드선을 인출하기 위한 인출 홈(23)이 형성되어 있다. 인출 홈(23)은 L자 형상을 이루고, 일단부는 단부(212)에 가까운 빠짐 방지편(222)에 형성된 절결을 통해 관통 구멍(22)에 연통하고 있다.

공심 코일(C)은 도선을 다층으로 권회해서 이루어지는 대략 긴원 형상의 편평한 코일이며, 관통 구멍(22) 내에 수용되어 있다. 이때, 공심 코일(C)은, 빠짐 방지편(221, 222)에 의해 보유지지된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 공심 코일(C)은, 한 쌍의 자석 요크(11)의 대향 방향에 있어서, 한 쌍의 자석 유닛(M)의 위치와 정합하도록, 한 쌍의 자석 유닛(M)의 사이, 즉 자기 공극에 배치되어 있다. 이때, 공심 코일(C)의 길이 방향은, 영구 자석(M1, M2)의 병설 방향 및 영구 자석(M3, M4)의 병설 방향과 직교하고 있다.

공심 코일(C)에 전류가 흐르면, 플레밍의 왼손 법칙에 기초하여 자기 공극 내의 자속을 가로 지르는 방향(Z 방향)의 추력이 발생하고, 공심 코일(C)을 상기 이동 방향으로 누른다. 이에 의해, 가동체(21)가 이동한다(도 4의 흰색 화살표 참조).

가동체(21)는, 중심 위치가 자석 유닛(M)의 중심과 대략 일치하는 원점으로부터, 상기 이동 방향으로 이동한다. 상기 이동 방향에 있어서, 가동체(21)의 이동은, 간격 보유지지부(12, 13)에 의해 제한되어, 가동체(21)가 자석 유닛(M)의 단부로부터 비어져 나올 일은 없다.

도 2에 도시한 바와 같이, 에어 실린더(30)는, 바닥이 있는 통형상의 실린더 튜브(31)와, 실린더 튜브(31)에 삽입되어 있고 실린더 튜브(31)의 축 길이 방향을 따라서 연장하는 막대 형상의 로드(32)(이동축)와, 로드(32)의 일단부에 기밀하게 외부 끼움됨과 함께, 실린더 튜브(31) 내에 기밀하게 내부 끼움되는 원반상의 피스톤(도시하지 않음)을 구비한다. 에어 실린더(30)는, 상기 피스톤의 일면측, 또는 타면측에 공기를 공급함으로써, 상기 피스톤이 실린더 튜브(31) 내를 축 길이 방향으로 이동하고, 이에 수반하여, 로드(32)도 실린더 튜브(31)의 축 길이 방향으로 이동한다. 에어 실린더(30)는 공지된 것이며, 상세한 설명을 생략한다.

에어 실린더(30)는, 로드(32)의 축심 방향이 상하 방향(Z 방향)으로 되도록 마련되어 있다. 에어 실린더(30)의 상측에는, 평면으로 보아 직사각형의 블록을 사이에 두고 제2 힌지(60)(제2 가변 부재)가 마련되어 있다.

한 쌍의 VCM(10) 및 에어 실린더(30)의 상방에는, 연결판 부재(20)가 배치되어 있다. 연결판 부재(20)는 판 형상이며, 하면이 가동자(2)의 가동체(21) 및 에어 실린더(30)의 로드(32)에 보유지지되어 있다. 연결판 부재(20)는, 제2 힌지(60)를 개재해서 로드(32)에 보유지지되어 있다. 즉, 연결판 부재(20)는, 가동체(21)로부터 로드(32)에 건너지르도록 마련되어 있다.

연결판 부재(20)는, 한 방향으로 연장되는 직사각형 판부(202)를 갖고 있고, 직사각형 판부(202)의 일단부의 대향하는 양 테두리에, 직사각형 판부(202)의 길이 방향과 교차하는 방향으로 돌출부(201, 201)가 각각 연속 설치되어 있다. 각 돌출부(201)에는, 가동체(21)의 나사 구멍(24)과 대응하는 위치에, 관통 구멍이 형성되어 있다. 돌출부(201)의 상기 관통 구멍에 나사를 통해서 나사 구멍(24)과 나사 결합시킴으로써, 연결판 부재(20)가 가동체(21)에 나사 고정되어 있다.

각 진퇴 기구(101)는, 제1 힌지(제1 가변 부재)(40)를 더 갖고 있다. 제1 힌지(40)는, 연결판 부재(20)의 직사각형 판부(202)의 상기 일단부의 상면에, 설치되어 있다. 제1 힌지(40)는, 후술한 바와 같이, 기판의 자세를 조정할 때에 변형된다.

도 6은 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)의 제1 힌지(40)를 도시하는 도면이다. 도 6의 A는 제1 힌지(40)의 사시도이고, 도 6의 B는 정면도이다.

제1 힌지(40)는 원주 형상부(41)와, 원주 형상부(41)의 상하 양 단부면에 각각 마련된 설치판부(42)를 갖는다. 제1 힌지(40)는 원주 형상부(41)의 축 길이 방향이 상하 방향으로 되도록, 마련되어 있다.

원주 형상부(41)에는, 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈(411)이 형성되어 있다. 각 홈(411)의 깊이는 동일하고, 원주 형상부(41)의 반경보다 얕다. 각 홈(411)의 폭은 일정해도 되고, 원주 형상부(41)의 외주면에 가까울수록 폭이 확대 또는 축소하도록 구성해도 된다.

또한, 상기 한 쌍의 홈(411)은, 원주 형상부(41)의 축 길이 방향으로, 즉 Z 방향으로 등간격으로 복수 형성되어 있다. 또한, 원주 형상부(41)에 있어서, 각 홈(411)의 개방 방향은, 둘레 방향으로, 등간격으로 어긋나 있다. 예를 들어, 본 실시 형태에 있어서는, 각 홈(411)은 둘레 방향으로 60°씩 어긋나서 형성되어 있다.

이와 같은 구성을 갖는 점에서, 자세 조정 장치(100)의 제1 힌지(40)는, Z 방향에 대하여 틸트할 수 있다. 특히, Z 방향을 축으로 해서 모든 직경 방향으로 자유롭게 틸트할 수 있다.

또한, 모든 설치판부(42)(제1 힌지(40))에 있어서, 홈(411)의 개방 방향이 동일하다.

각 설치판부(42)는, 대략 정사각형의 판 형상을 이루고 있고, 네 귀퉁이에 관통 구멍(421)이 각각 형성되어 있다. 각 설치판부(42)에서는, 대향하는 변간의 치수가, 원주 형상부(41)의 직경보다 길다. 또한, 각 설치판부(42)는, 원주 형상부(41)와 동일한 축을 중심으로 마련되어 있다. 하방의 설치판부(42)의 각 관통 구멍(421)에 나사를 통해서, 연결판 부재(20)의 직사각형 판부(202)에 마련된 나사 구멍(도시하지 않음)과 나사 결합시킴으로써, 제1 힌지(40)가 연결판 부재(20)에 나사 고정된다.

상술한 바와 같이, 연결판 부재(20)와 에어 실린더(30) 사이에는 제2 힌지(60)가 개재되어 있다. 제2 힌지(60)는, 제1 힌지(40)와 대략 동일한 형상을 갖고 있고, 제1 힌지(40)보다 작다(도 2 참조). 또한, 제2 힌지(60)는 홈의 형상이 제1 힌지(40)의 홈(411)과 상위하다. 제1 힌지(40)에서는, 홈(411)의 폭이 깊이 방향으로 (원주 형상부(41)의 외주면측으로부터 홈의 저부에 걸쳐서) 일정한 데 반해, 제2 힌지(60)에서는, 홈의 저부에, 해당 홈의 길이 방향을 따라서 관통 구멍이 형성되고, 해당 홈의 폭이 홈의 저부측(원주 형상부(41)의 중심 방향)에서 확장되어 있다. 즉 제2 힌지(60)는 측면으로 보아 둥근 바닥 플라스크와 같은 홈형상으로 되어 있다. 따라서, 제2 힌지(60)는, 보다 용이하게, Z 방향에 대하여 틸트할 수 있다.

상술한 바와 같이, 연결판 부재(20)와 에어 실린더(30) 사이에는 제2 힌지(60)가 개재되어 있다. 도 7은 본 발명의 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)의 제2 힌지(60)를 도시하는 도면이다. 도 7의 A는 제2 힌지(60)의 사시도이고, 도 7의 B는 정면도이다.

제2 힌지(60)는, 원주 형상부(61)와, 원주 형상부(61)의 상하 양 단부면에 각각 마련된 설치판부(62)를 갖는다. 각 설치판부(62)의 네 귀퉁이에는 나사 구멍(621)이 각각 형성되어 있다. 제2 힌지(60)는 원주 형상부(61)의 축 길이 방향이 상하 방향으로 되도록, 마련되어 있고, 이때, 원주 형상부(61)는 에어 실린더(30)의 로드(32)와 동일한 축을 중심으로 배치되어 있다. 제2 힌지(60)는, 필요에 따라서 적절히 변형되며, 에어 실린더(30)(로드(32))의 이동을 적절히 연결판 부재(20)로 전달한다.

제2 힌지(60)는 제1 힌지(40)보다 작지만, 원주 형상부(61) 및 설치판부(62)의 형상은 원주 형상부(41) 및 설치판부(42)와 대략 동일한 형상을 갖고 있다. 단, 제2 힌지(60)는 홈(611)을 갖고 있고, 홈(611)의 형상이 제1 힌지(40)의 홈(411)과 상위하다.

홈(411)에서는 폭이 일정한 데 반해, 홈(611)에서는, 바닥에, 홈(611)의 길이 방향을 따라서 긴 구멍이 형성되고, 폭이 확장되어 있다. 즉, 홈(611)은, 도 7의 B에 도시한 바와 같이, 종단면으로 보아 바닥이 원 형상을 이루고 있다. 따라서, 제2 힌지(60)는, 보다 용이하게, Z 방향에 대하여 틸트할 수 있다. 홈(611)의 다른 구성은, 홈(411)과 마찬가지이며, 상세한 설명을 생략한다.

연결판 부재(20)의 직사각형 판부(202)의 타단부에는, 복수의 관통 구멍이 형성되어 있다. 각 관통 구멍은, 제2 힌지(60)의 나사 구멍(621)과 대응하는 위치에 형성되어 있다. 이러한 관통 구멍에 나사를 통해서 나사 구멍(621)과 나사 결합시킴으로써, 연결판 부재(20)가 제2 힌지(60)에 나사 고정된다. 바꾸어 말하면, 연결판 부재(20)가 제2 힌지(60)를 개재해서 에어 실린더(30)의 로드(32)에 고정되어 있다.

이상과 같은 구성을 갖는 자세 조정 장치(100)는, 회전 기구(200) 및 기판 척(400)을 개재해서 기판(피지지체)을 지지하고, 3개의 진퇴 기구(101)의 각각을 적절하게 제어하고, 해당 기판의 자세를 조정한다. 즉, 자세 조정 장치(100)에서는 VCM(10)의 가동자(2) 및 에어 실린더(30)의 로드(32)의 Z 방향으로의 진퇴를 제어하고, Z 방향에 대하여 상기 기판을 틸트시킬 수 있다.

상세하게는, 자세 조정 장치(100)는, 3개의 진퇴 기구(101)를 사용해서 기판을 보유지지하고 있고, 진퇴 기구(101)마다 VCM(10)을 적절히 제어함으로써, 제1 힌지(40)를 Z 방향으로 진퇴시켜서 Z 방향에 대하여 상기 기판을 틸트시킨다. 이에 의해, 상기 플립 칩 본딩 시에, 당해 기판의 경사 각도를 조정할 수 있다.

또한, 이때, 자세 조정 장치(100)는, 에어 실린더(30)의 제어를 적절히 행하여, VCM(10)을 보조해서 제1 힌지(40)를 진퇴시킨다. 즉, VCM(10)에서 발생되는 추력과, 에어 실린더(30)에서 발생되는 추력이 가산되고, 가산된 추력으로 회전 기구(200) 및 기판 척(400)을 개재해서 기판이 지지되고, 또한 Z 방향에 대하여 틸트 된다. 따라서, VCM(10)의 부하(구동 전류)가 저감된다.

도 8은 본 실시 형태에 따른 자세 조정 장치(100)에 있어서의 진퇴 기구(101)의 제어를 설명하는 블록도이다. 도 8은 자세 조정 장치(100)의 제어 시스템의 일례를 나타내고 있다. 자세 조정 장치(100)는, 각각의 진퇴 기구(101)를 구동시키는 제1 구동계(3), 제2 구동계(4) 및 제3 구동계(5)를 구비하고 있다. 제1 구동계(3), 제2 구동계(4) 및 제3 구동계(5)는, 제어부(6)에 의해 각각 제어된다.

제어부(6)는 외부로부터 기판의 위치(자세)에 관한 Z 방향 이동 거리 지령을 취득하고, 해당 Z 방향 이동 거리 지령에 따라서, 제1 구동계(3), 제2 구동계(4) 및 제3 구동계(5)의 각각을 제어한다. 제어부(6)는 Z 방향 이동 거리 지령에 따라, 제1 구동계(3), 제2 구동계(4) 및 제3 구동계(5)의 각각에, 각각의 진퇴 기구(101)의 가동자(2)의 목표 위치를 나타내는 지령 신호 S1, S2 및 S3을 각각 송신한다. 제1 구동계(3), 제2 구동계(4) 및 제3 구동계(5)는 동일한 구성이며, 이하, 제2 구동계(4)에 대해서만 설명한다.

제2 구동계(4)는, VCM(10)에 전류를 흘려서 가동자(2)를 제어하는 VCM 드라이버(401)와, VCM 드라이버(401)로부터 VCM(10)에 입력되는 전류값을 검출하는 전류 검출부(402)와, 에어 실린더(30)에 공기를 공급하는 모터 레귤레이터(405)와, 모터 레귤레이터(405)를 제어하는 제1 컨트롤러(403) 및 제2 컨트롤러(404)를 구비하고 있다. 제1 컨트롤러(403)는 전류 검출부(402)의 검출 결과에 기초하여 모터 레귤레이터(405)의 제어를 행하고, 제2 컨트롤러(404)는, VCM(10)의 가동자(2)의 속도에 기초하여, 에어 실린더(30)의 구동에 관한 전류의 제어를 행한다. 즉, 제2 컨트롤러(404)는 모터 레귤레이터(405)의 제어를 행한다.

도 9는 자세 조정 장치(100)의 제2 구동계(4)에 있어서의 진퇴 기구(101)의 제어를 설명하는 흐름도이다. 이하에 있어서는, 도 9를 사용하여, 제2 구동계(4)에 있어서의 진퇴 기구(101)의 제어만을 설명하지만, 제1 구동계(3) 및 제3 구동계(5)에 있어서도, 마찬가지 제어가 동시에 행해지는 것은 물론이다.

예를 들어, 제어부(6)는 PID 제어계이고, 상기 Z 방향 이동 거리 지령은, 기판의 목표 위치와 검출 위치의 편차를 나타내는 것이다. 제어부(6)는 기판의 목표 위치와 검출 위치의 편차(Z 방향 이동 거리 지령)에 기초하여, VCM(10)에 추력을 부여하기 위한 지령 신호 S2를 생성해서 VCM 드라이버(401)에 출력한다(S101).

VCM 드라이버(401)는 입력된 지령 신호 S2에 따른 전류를 VCM(10)에 흘린다(S102). 보다 상세하게는, 가동자(2)의 이동 거리를 측정하는 리니어 인코더(도시하지 않음)의 측정 결과에 기초하여, 가동자(2)의 현재 위치와 목표 위치의 편차에 기초하여, 이러한 편차를 제로로 하는 전류값을 구하고, 구해진 전류값에 상당하는 전류가 VCM(10)으로 흘러간다. VCM(10)으로 흘러간 전류는, 가동자(2)의 공심 코일(C)에 흐른다.

이때, 전류 검출부(402)는, VCM(10)에 입력되는 전류값을 검출하고, 검출된 전류값을 제1 컨트롤러(403)에 입력한다(S103).

VCM 드라이버(401)는 입력된 지령 신호 S2에 따른 전류를 VCM(10)에 흘림과 함께, 가동자(2)의 이동 속도를 나타내는 속도 신호 V를 제2 컨트롤러(404)에 출력한다(S104).

이어서, 제1 컨트롤러(403)는, S103에서, 전류 검출부(402)로부터 입력된 전류값에 기초하여, 모터 레귤레이터(405)에 흘리는 전류의 PID 제어를 행한다(S105). 상세하게는, 제1 컨트롤러(403)는, VCM 드라이버(401)로부터 VCM(10)에 출력되는 전류가 「0」이 되도록, 출력하는 전류값의 피드백 제어를 행한다.

또한, 제2 컨트롤러(404)는, S104에서, VCM 드라이버(401)로부터 입력되는 속도 신호 V에 기초하여 모터 레귤레이터(405)에 흘리는 전류의 PID 제어를 부가한다(S106).

일반적으로, VCM(10)(가동자(2))의 속도는, 부하가 다 상승하기 전, 즉 VCM(10)에 입력되는 전류값이 최댓값이 되기 전에, 일정 속도를 유지한다. 이것에 착안하여, 본 실시 형태의 자세 조정 장치(100)에서는, 제2 컨트롤러(404)가, 상기 속도 신호 V에 기초하여 모터 레귤레이터(405)의 제어를 행한다. 즉, 제2 컨트롤러(404)는, 가동자(2)의 이동 속도가 일정한 경우, 에어 실린더(30)에의 공기의 공급을 개시하도록, 모터 레귤레이터(405)를 제어한다. 또한, 가동자(2)가 이동 중에는, 가동자(2)의 이동 속도(속도 신호 V)에 따라서 소위 피드 포워드 제어가 행해진다.

이후, 공심 코일(C)에 전류가 흐르면, 상술한 바와 같이, VCM(10)에 Z 방향으로의 추력이 발생하고, 가동자(2)가 이동한다(도 4의 흰색 화살표 참조).

이때, 모터 레귤레이터(405)는, 제1 컨트롤러(403) 및 제2 컨트롤러(404)의 PID 제어에 따라, VCM(10)의 작동 개시 후, VCM(10)에 입력되는 전류가 「0」이 되도록, 에어 실린더(30)의 제어를 행한다(S107).

이상과 같이, 본 실시 형태의 자세 조정 장치(100)에 있어서는, 에어 실린더(30)를 제어할 때, VCM 드라이버(401)로부터 VCM(10)에 출력되는 전류값에, 가동자(2)의 이동 속도를 나타내는 속도 신호 V를 부가해서 제어를 행하므로, 에어 실린더(30)에 대하여 상승이 빠른 공기의 증압을 행할 수 있어, 신속하게, VCM(10)의 부하를 저감시킬 수 있다.

도 10은 에어 실린더(30)의 제어에, 가동자(2)의 이동 속도를 부가한 경우의 효과를 도시하는 도면이다. 도 10에 있어서, 횡축은 시간이고, 좌측의 종축은 VCM(10)의 전류값이고, 우측의 종축은 에어 실린더(30)의 압력을 나타내고 있다.

또한, 도 10에는, 4개의 그래프 G1-G4가 나타내져 있으며, 그래프 G1, G2는 좌측의 종축에 관한 전류를 나타내고, 그래프 G3, G4는 우측의 종축에 관한 압력을 나타내고 있다. 또한, 그래프 G1, G3은 에어 실린더(30)의 제어 시에, 가동자(2)의 이동 속도를 부가하고 있지 않은 경우이고, 그래프 G2, G4는 에어 실린더(30)의 제어 시에, 가동자(2)의 이동 속도를 부가한 경우이다.

도 10에서 알 수 있듯이, 에어 실린더(30)의 제어에, 가동자(2)의 이동 속도를 부가한 경우(G2, G4)는, 가동자(2)의 이동 속도를 부가하고 있지 않은 경우(G1, G3)에 비하여, VCM(10)의 전류값이 저감하고 있고, 조기에 에어 실린더(30)의 압력이 상승하고 있다. 이와 같이, 본 실시 형태의 자세 조정 장치(100)에 있어서는, VCM(10)의 가동자(2)의 이동 속도를 사용해서 에어 실린더(30)를 제어하므로, 유효적으로 VCM(10)의 부하를 빠르게 저감시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 자세 조정 장치(100)가 3개의 진퇴 기구(101)를 갖는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것이 아니고, 진퇴 기구(101)는 4개 이상이어도 된다.

이상에서는, 제1 컨트롤러(403)가 VCM 드라이버(401)로부터 VCM(10)에 출력되는 전류값에 기초하는 제어를 행하고, 제2 컨트롤러(404)가 가동자(2)의 이동 속도에 기초하는 제어를 행하는 경우를 예로 들어 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 제1 컨트롤러(403) 및 제2 컨트롤러(404)의 제어를, 하나의 컨트롤러로 실행되도록 구성해도 된다.

개시된 실시 형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니고 특허 청구 범위에 의해 나타내지고, 특허 청구 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

2 : 가동자
10 : VCM
20 : 연결판 부재
30 : 에어 실린더
32 : 로드
40 : 제1 힌지
41 : 원주 형상부
42 : 설치판부
60 : 제2 힌지
61 : 원주 형상부
62 : 설치판부
100 : 자세 조정 장치
101 : 진퇴 기구
403 : 제1 컨트롤러
404 : 제2 컨트롤러
411 : 홈
500 : 스테이지 장치
611 : 홈
C : 공심 코일

Claims (14)

1. 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터와, 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구의 진퇴를 제어하는 제어 시스템에 있어서,
   상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 에어 실린더를 제어하는 제어 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보이스 코일 모터에 입력되는 전류가 0이 되도록, 상기 에어 실린더를 제어하는, 제어 시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 가동자의 속도가 일정한지의 여부에 기초하여 상기 에어 실린더를 제어하는, 제어 시스템.
4. 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터 및 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구를 사용해서 피지지체를 지지하고, 해당 피지지체의 자세를 조정하는 자세 조정 장치에 있어서,
   상기 진퇴 기구는 복수이고,
   각 진퇴 기구는, 원환상으로, 등간격으로 배치되어 있는 자세 조정 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 에어 실린더는, 상기 한 방향으로 이동 가능한 이동축을 갖고 있고,
   각 진퇴 기구에 마련되고, 한 면이 상기 가동자 및 상기 이동축에 보유지지되어 있는 판 부재와,
   각 판 부재의 다른 면에 마련되고, 상기 피지지체의 자세 조정 시에, 변형하는 제1 가변 부재를 구비하는, 자세 조정 장치.
6. 제5항에 있어서,
   각 제1 가변 부재는,
   원주부와,
   상기 원주부의 양 단부면에 마련된 설치판을 갖고,
   상기 원주부에는, 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈이 형성되어 있는, 자세 조정 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 한 쌍의 홈은, 상기 원주부의 축 길이 방향으로, 등간격으로 복수 형성되어 있는, 자세 조정 장치.
8. 제7항에 있어서,
   각 제1 가변 부재에 있어서, 각 홈의 개방 방향은, 둘레 방향에서, 등간격으로 어긋나 있는, 자세 조정 장치.
9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   모든 제1 가변 부재에 있어서, 상기 홈의 개방 방향이 동일한, 자세 조정 장치.
10. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    각 판 부재와 각 이동축과의 사이에, 제2 가변 부재가 마련되어 있는, 자세 조정 장치.
11. 제10항에 있어서,
    각 제2 가변 부재는,
    원주부와,
    상기 원주부의 양 단부면에 마련된 설치판을 갖고,
    상기 원주부에는, 직경 방향에 있어서 서로 반대 방향으로 개방된 한 쌍의 홈이 형성되어 있는, 자세 조정 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 가변 부재의 상기 홈은, 바닥측에서 폭이 확장하고 있는, 자세 조정 장치.
13. 제4항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진퇴 기구는 적어도 3개인, 자세 조정 장치.
14. 한 방향으로 이동 가능한 가동자를 갖는 보이스 코일 모터와, 상기 가동자의 이동을 보조하는 에어 실린더를 구비하는 진퇴 기구의 진퇴를 제어하는 제어 방법에 있어서,
    상기 에어 실린더의 구동에 관한 전류를 제어하는 제어부가, 상기 가동자의 이동 속도에 기초하여, 상기 전류의 제어를 행하는 제어 방법.

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