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KR20040092954A - 레이저 시스템의 ｘ－ｙ 스테이지의 이동오차 보정방법 및그 장치 - Google Patents

레이저 시스템의 ｘ－ｙ 스테이지의 이동오차 보정방법 및그 장치 Download PDF

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KR20040092954A KR1020030027537A KR20030027537A KR20040092954A KR 20040092954 A KR20040092954 A KR 20040092954A KR 1020030027537 A KR1020030027537 A KR 1020030027537A KR 20030027537 A KR20030027537 A KR 20030027537A KR 20040092954 A KR20040092954 A KR 20040092954A
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Abstract

본 발명은 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법 및 그 장치에 관하여 개시한다. 개시된 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법은, (a)비젼 카메라의 하방 중앙에 마킹점을 배치하는 단계; (b)X-Y 스테이지를 x축 또는 y축 중 선택된 축으로 소정 설정거리 이동시키는 단계; (c)상기 비젼 카메라를 선택된 축에서 일측으로 이동시키면서 상기 마킹점의 위치를 검출하여, 상기 x-y 스테이지의 실제 이동거리를 계산하는 단계; 및 (d)상기 X-Y 스테이지의 이동 오차를 계산하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 레이저 시스템의 사용자가 언제라도 x축 및 y축 스테이지의 이동오차를 측정할 수 있으며, 따라서 측정된 이동오차를 반영하여 x-y 스테이지의 이동거리를 보정함으로써 레이저 시스템의 레이저 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

Description

레이저 시스템의 Ｘ－Ｙ 스테이지의 이동오차 보정방법 및 그 장치{Method of calibrating X-Y stage of laser system and an apparatus thereof}
본 발명은 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비젼 카메라를 이용하여 X-Y 스테이지 상의 마킹점의 위치를 측정하여 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차를 계산하여 보정하는 방법 및 그 장치에 관한 것이다.
도 1은 일반적인 레이저 시스템의 개략 구성도이다.
도 1을 참조하면, 레이저 발진기(10)로부터 발진된 레이저 빔은 빔 스플리터(40)에서 일부 레이저 빔은 반사되어서 광파워검출기(41)로 입사되고, 나머지는 레이저 헤드(20)로 입사된다. 레이저 헤드(20)는 갈바노 스캐너(21)를 구비한다. 상기 갈바노 스캐너(21)는 x 미러(22) 및 y 미러(23)를 구비하며, 각 미러(22,23)는 각각 미도시된 구동부에 의해서 레이저 빔을 각각 x 및 y 방향으로 반사시킨다. 갈바노 스캐너(21)로부터의 레이저 빔은 X-Y 스테이지(30) 상의 작업물(35)에 조사된다.
상기 X-Y 스테이지(30)는 x 스테이지(31) 및 y 스테이지(32)가 적층된 구조이며, 각 스테이지(31,32)는 구동부 예컨대 서보모터(31a,32a)에 의해서 서로 일축방향으로 움직인다. 따라서, X-Y 스테이지(30)가 x 축 및 y 축에 평행하게 움직이지 않고 사선으로 움직이는 경우에는 x 스테이지(31) 및 y 스테이지(32)가 함께 이동한다.
상기 레이저 시스템으로 작업물(35)을 가공시에는 레이저 헤드(20)를 고정하고 X-Y 스테이지(30)를 이동하면서 레이저 작업을 수행한다.
따라서, 미세한 전자회로기판을 가공시에는 고정밀도의 가공을 필요로 하며, 따라서 X-Y 스테이지(30)의 정밀한 이동이 요구된다.
한편, 종래에는 상기 X-Y 스테이지의 이동오차를 검출하는 장치로 레이저 인터파라미터 보정툴(미도시)이 주로 사용되어 왔다. 이 레이저 인터파라미터 보정툴은 먼저, 레이저 빔을 x 스테이지 또는 y 스테이지의 일측에 부착된 목표물에 조사하고, 그로부터 반사된 레이저 빔을 수광하여 x 스테이지 또는 y 스테이지의 위치를 측정한다. 이어서 해당되는 x 스테이지 또는 y 스테이지를 소정거리 이동시키고 레이저 인터파라미터 보정툴로 다시 이동거리를 측정하여서 실제 이동거리와 목표로 한 이동거리를 비교하여서 이동오차가 있는 지를 판단하였다.
그러나, 종래의 방법에 사용되는 레이저 인터파라미터 보정툴의 비용이 비싸며, 보정툴을 설치하는 데 장시간이 필요하며, 또한, 필요할 때마다 설치하여야 하는 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 창출된 것으로서, 레이저 시스템에 부착하여 온라인으로 이동오차를 측정하면서 보정이 가능한 레이저시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법 및 그 장치를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 레이저 시스템의 개략 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략 구성도이다.
도 3은 X-Y 스테이지 및 비젼 카메라의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 4는 리니어 가이드의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법의 흐름도이다.
도 6은 X-Y 스테이지 및 x 축 비젼 카메라를 -x 방향으로 이동시키는 과정을 설명하는 도면이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호설명*
10: 레이저 발진기 20: 레이저 헤드
21: 갈바노 스캐너 30: X-Y 스테이지
31: x 스테이지 32: y 스테이지
35: 작업물 40: 빔 스플리터
41: 광파워 검출기 131,141: 리니어 가이드
132,142: 서보모터 133: 볼 스크류
134: 카메라 부착부 135,145: 비젼 카메라
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저 시스템은, 레이저 가공 대상물을 이동시키는 X-Y 스테이지를 구비하는 레이저 시스템에 있어서,
상기 X-Y 스테이지의 상방에서 상기 X-Y 스테이지의 평면에 수평으로 설치되는 x측 리니어 가이드 및 y축 리니어 가이드;
상기 각 리니어 가이드에 설치되어 x축 또는 y축으로 이동하면서 하방의 상기 X-Y 스테이지를 관찰하는 비젼 카메라; 및
상기 비젼 카메라를 구동하는 구동부;를 구비한다.
상기 구동부는 서보모터이며, 상기 비젼 카메라는 상기 리니어 가이드 내측에 설치되어 상기 서보모터에 의해서 회전되는 스크류에 장착된 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법은, (a)상기 비젼 카메라의 하방 중앙에 마킹점을 배치하는 단계;
(b)상기 X-Y 스테이지를 x축 또는 y축 중 선택된 축으로 소정 설정거리 이동시키는 단계;
(c)상기 비젼 카메라를 선택된 축에서 일측으로 이동시키면서 상기 마킹점의 위치를 검출하여, 상기 x-y 스테이지의 실제 이동거리를 계산하는 단계; 및
(d)상기 X-Y 스테이지의 이동 오차를 계산하는 단계;를 구비한다.
상기 (c)단계는, 상기 비젼 카메라의 실제 이동거리를 계산함으로써 상기 X-Y 스테이지의 실제 이동거리를 구한다.
한편, 상기 (d)단계는, 상기 설정거리 및 상기 실제 이동거리의 차를 계산하여 상기 이동오차를 구하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법 및 그 장치를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 시스템의 개략 구성도이며, 종래의 발명과 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 2을 참조하면, X-Y 스테이지(30)의 상방에는 적어도 두 개의 비젼 카메라(135,145)가 설치되어 있으며, 이 비젼 카메라(135,145)의 영상신호는 제어부(100)로 입력된다. 또한, 상기 비젼 카메라(135,145)는 X-Y 스테이지(30)와 함께 제어부(100)로부터 이동명령신호를 받아서 이동된다.
상기 비젼 카메라(135,145)는 CCD 카메라이다. CCD(charge coupled device)는 빛을 전기 신호로 변환하는 광전변환 센서이다. 카메라 전단의 렌즈(미도시)로 들어온 빛의 세기는 먼저 CCD에 기록된다. 이 때 촬영된 영상의 빛은 CCD에 붙어 있는 RGB색필터에 의해 각기 다른 색으로 분리된다. 분리된 색은 CCD를 구성하는 수십 만 개의 광센서(화소에 대응하는)에서 전기적 신호로 변환된다. CCD에서 나온 아날로그 신호는 0과 1의 디지털 신호로 변환되어 영상 신호가 만들어져서 출력된다. 상기 비젼 카메라(135,145)는 작업물(35)로부터 광을 수광하여 전기적 영상신호를 발생한다. 상기 카메라로 촬상된 영상신호는 제어부(100)로 전송된다.
도 3은 X-Y 스테이지 및 비젼 카메라의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 4는 리니어 가이드의 구조를 보여주는 사시도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, X-Y 스테이지(30)의 상방에는 x축 리니어 가이드(131)와 y 축 리니어 가이드(141)가 서로 직각으로 교차되게 설치되어 있다. 이들 리니어 가이드(131,141))는 X-Y 스테이지(30)의 평면으로부터 수평으로 설치된다. 상기 리니어 가이드(131,141)에는 각각 비젼 카메라(135,145)가 하방의 X-Y 스테이지(130)를 촬상하도록 하방을 향해서 배치되어 있으며, 일측에는 구동부인 서보 모터(132,142)가 설치되어서 상기 비젼 카메라(135,145)를 직선으로 정밀하게 이동시킨다. 리니어 가이드(131,141)의 내측에는 볼스크류(133)가 설치되고, 볼스크류(133)의 외주에 설치된 너트에는 비젼 카메라 부착부(134)가 형성되어서 서보모터(132)의 회전을 비젼 카메라(135)에 직선운동으로 전달한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법의 흐름도로서, x 축으로의 이동오차를 측정하는 방법의 흐름도이며, 도 6은 X-Y 스테이지 및 x 축 비젼 카메라를 -x 방향으로 이동시키는 과정을 설명하는 도면이다.
도면을 참조하면, x 스테이지(31)의 상부에 각각 x 축 비젼 카메라(135) 및 y 축 비젼 카메라(145)의 촬상의 기준이 되는 마킹점(M)을 준비한다. 이어서 x 축 비젼 카메라(135)의 좌표계의 중앙 위치에 마킹점(M)이 위치하도록 X-Y 스테이지(30)를 이동하거나, 또는 x축 비젼 카메라(135)를 이동시킨다. 바람직하게는 x 축 카메라(135)가 x 축 리니어 가이드(131)의 일측에 오도록 X-Y 스테이지(30)를 이동한다(제201 단계).
다음에, 제어부(100)는 x 축 스테이지(31)를 일측으로 예컨대 -x 방향으로 소정 설정 거리(d1)를 이동시킨다(제202 단계).
이어서, 제어부(100)는 x축 비젼 카메라(135)를 -x 방향으로 이동시키면서 상기 마킹점(M)을 검출한다. 그리고, 마킹점(M)의 위치를 측정하여 x 축 스테이지(31)의 실제 이동거리(d2)를 계산한다(제203 단계).
이어서, x축 스테이지(31)의 실제 이동거리(d2) 및 제어부(100)에서 설정한 이동거리(d1)와의 차이를 구하여 x 축 이동오차를 계산한다(제204 단계). 즉, 수학식 1에 의해서 x 스테이지(31)의 x축 이동오차(Ex)를 계산한다.
Ex = d1 - d2
다음에, 상기 204 단계에서 계산된 x 축 이동오차(Ex)가 소정의 설정값인 오차범위 보다 크다고 판단되면(제205 단계), x 축 스테이지(31)의 이동오차의 보정값을 계산한다(제206 단계). 이후의 X 스테이지의 x 축이동은 보정된 값을 고려하여 이동시킨다.
상기 x축 스테이지(31)의 이동오차의 보정값은 단순한 비례식으로 계산하여 제어부(100)로부터 서보모터(132)로의 출력 펄스값을 일률적으로 조정할 수 있다. 즉, 수학식 2로 계산된 값으로 제어부(100)가 x 축 스테이지(31)의 이동 명령(d3)을 보정된 값(d)로 변환하여 출력한다.
d = d3 x (d2/d1)
여기서, d3 는 제어부(100)로부터의 출력값, d 는 보정된 출력값이다.
한편, 상기 204 단계에서 계산된 x 축 이동오차(Ex)가 소정의 설정값 이하로 판단되면(제205 단계), x 축 스테이지(31)의 이동오차의 보정과정을 종료한다.
상기 도 5에서는 x축 스테이지(31)의 이동오차의 보정방법에 대하여 설명하였지만, y축 스테이지(32)의 이동오차의 보정방법은 상기의 설명과 실질적으로 동일하므로 상세한 설명을 생략한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 X-Y 스테이지의 이동오차 보정장치를 구비한 레이저 시스템을 사용하면, 레이저 시스템의 사용자가 언제라도 x축 및 y축 스테이지의 이동오차를 측정할 수 있으며, 따라서 측정된 이동오차를 반영하여 x-y 스테이지의 이동거리를 보정함으로써 레이저 시스템의 레이저 가공 품질을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 레이저 가공 대상물을 이동시키는 X-Y 스테이지를 구비하는 레이저 시스템에 있어서,
    상기 X-Y 스테이지의 상방에서 상기 X-Y 스테이지의 평면에 수평으로 설치되는 x측 리니어 가이드 및 y축 리니어 가이드;
    상기 각 리니어 가이드에 설치되어 x축 또는 y축으로 이동하면서 하방의 상기 X-Y 스테이지를 관찰하는 비젼 카메라; 및
    상기 비젼 카메라를 구동하는 구동부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동부는 서보모터이며, 상기 비젼 카메라는 상기 리니어 가이드 내측에 설치되어 상기 서보모터에 의해서 회전되는 스크류에 장착된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템.
  3. 레이저 가공 대상물을 이동시키는 X-Y 스테이지를 구비하는 레이저 시스템과, 상기 X-Y 스테이지의 상방에서 상기 X-Y 스테이지의 평면에 수평으로 설치된 x측 리니어 가이드 및 y축 리니어 가이드와, 상기 각 리니어 가이드에 설치되어 x축 또는 y축으로 이동하면사 하방의 X-Y 스테이지를 관찰하는 비젼 카메라와, 상기 비젼 카메라를 구동하는 구동부;를 구비하는 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법에 있어서,
    (a)상기 비젼 카메라의 하방 중앙에 마킹점을 배치하는 단계;
    (b)상기 X-Y 스테이지를 x축 또는 y축 중 선택된 축으로 소정 설정거리 이동시키는 단계;
    (c)상기 비젼 카메라를 선택된 축에서 일측으로 이동시키면서 상기 마킹점의 위치를 검출하여, 상기 x-y 스테이지의 실제 이동거리를 계산하는 단계; 및
    (d)상기 X-Y 스테이지의 이동 오차를 계산하는 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 (c)단계는, 상기 비젼 카메라의 실제 이동거리를 계산함으로써 상기 X-Y 스테이지의 실제 이동거리를 구하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (d)단계는, 상기 설정거리 및 상기 실제 이동거리의 차를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 구동부는 서보모터이며, 상기 비젼 카메라는 상기 리니어 가이드 내측에 설치되어 상기 서보모터에 의해서 회전되는 스크류에 장착된 것을 특징으로 하는 레이저 시스템의 X-Y 스테이지의 이동오차 보정방법.
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