KR20110031288A

KR20110031288A - 부품 가공 처리량을 향상시키기 위한 원형 도구 동작과 관련되는 진입 각도 변경

Info

Publication number: KR20110031288A
Application number: KR1020107028540A
Authority: KR
Inventors: 메멧 이 앨페이
Original assignee: 일렉트로 싸이언티픽 인더스트리이즈 인코포레이티드
Priority date: 2008-06-16
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2011-03-25
Also published as: CN102056711A; WO2010005701A2; TW201004729A; WO2010005701A3; JP2011524261A; US20090312859A1

Abstract

도구 위치조정기구 시스템이 하나의 구성요소에서 동일한 유형의 다수의 특징부를 가공하기 위한 도구를 이동시키는 궤적을 제어하는 장치가 개시되어 있다. 이 궤적 제어 장치는, 상기 도구가 제1 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제1 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함하는 제1 도구 궤적을 포함한다. 제2 도구 궤적은, 상기 도구가 제2 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제2 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함한다. 상기 제2 도구 궤적의 진입 속도 및 퇴출 속도는 상기 제1 도구 궤적의 각각의 진입 속도 및 퇴출 속도와 상이하다. 또한 궤적을 제어하는 방법도 개시되어 있다.

Description

부품 가공 처리량을 향상시키기 위한 원형 도구 동작과 관련되는 진입 각도 변경{MODIFYING ENTRY ANGLES ASSOCIATED WITH CIRCULAR TOOLING ACTIONS TO IMPROVE THROUGHPUT IN PART MACHINING}

관련 출원의 상호 참조

이 출원은 2008년 6월 16일자로 출원된 미국 가출원 제61/061,692호에 대한 우선권을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 원형 도구 동작을 통합하는 부품 가공에 관한 것이다.

가공 작동 중에 어느 하나의 가공 특징부에서 다음 가공 특징부까지 공작물에 대해 도구를 이동시키는 것과 관련된 미가공 [소위 "유휴(dead)"] 시간을 최소화하는 것이 바람직하다. 표준 방법에 따르면, 그러한 움직임과 관련된 전체 도구 이동 "거리"가 최소로 된다.

본 발명은 어느 하나의 가공 특징부에서 다음 특징부까지 공작물에 대해 도구를 이동시키는 것과 관련한 유휴 시간을 감소시키는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원에 교시되는 실시 형태는, 어느 하나의 가공 특징부에서 다음 특징부까지 공작물에 대해 상대적으로 도구를 이동시키는 것과 관련한 유휴 시간을 감소시키는 장치 및 방법을 포함한다. 일례에 따르면, 도구 위치조정기구 시스템이 하나의 구성요소에서 동일한 유형의 다수의 특징부를 가공하기 위해 도구를 구성요소에 대해 상대적으로 이동시키는 궤적을 제어하는 장치가 설명된다. 제1 도구 궤적은, 상기 도구가 제1 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제1 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함한다. 제2 도구 궤적은 상기 도구가 제2 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제2 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함한다. 상기 제2 도구 궤적의 진입 속도 및 퇴출 속도는 상기 제1 도구 궤적의 각각의 진입 속도 및 퇴출 속도와 상이하다.

또 다른 예에 따르면, 도구를 이용하여 구성요소에서 원형 특징부를 가공하는 방법이 설명된다. 이 방법은, 각각의 특징부를 기반으로, 총 특징부 대 특징부 이동 시간의 감소와 개별 특징부 대 특징부 이동과 관련한 가속 명령의 진폭의 감소 중 적어도 하나로 상기 원형 특징부의 가공과 관련한 도구 궤적을 변경하는 것을 포함한다.

이들 실시 형태 및 다른 실시 형태의 세부사항 및 변형은 이하에서 도면에 대해 설명된다.

본 발명에 따르면, 제안된 방법들이 최종 작동체에서 신속한 방향 역전과 관련한 가속 스파이크를 감소시키고, 총 특징부 대 특징부 이동 시간을 실질적으로 감소시키며, 이들 양자는 전체 시스템의 성능을 향상시킬 것이다.

본 명세서에서의 설명은 첨부 도면을 참조로 하며, 동일한 참조 번호는 여러 도면에 걸쳐 동일한 부품을 가리킨다.
도 1은 도구 위치조정기구 시스템의 일례에 대한 단순화된 도면이며,
도 2는 0도의 진입각에 상응하는 제1 도구 궤적의 컴퓨터 모의실험이며,
도 3은 90도의 진입각에 상응하는 제2 도구 궤적의 컴퓨터 모의실험이며,
도 4는 180도의 진입각에 상응하는 제3 도구 궤적의 컴퓨터 모의실험이며,
도 5는 270도의 진입각에 상응하는 제4 도구 궤적의 컴퓨터 모의실험이며,
도 6은 90도의 진입각을 갖는 동일한 도구 궤적을 이용하여 시간에 따른 2열의 구멍의 드릴 가공을 보여주는 그래프이며,
도 7은 도 6의 드릴 가공을 위한 도구 위치조정기구의 x축 운동을 위한 가속 명령을 보여주는 그래프이며,
도 8은 각각 90도의 진입각과 270도의 진입각을 갖는 교번하는 도구 궤적을 이용하여 시간에 따른 2열의 구멍의 드릴 가공을 보여주는 그래프이며,
도 9는 도 8의 드릴 가공을 위한 도구 위치조정기구의 x축 운동을 위한 가속 명령을 보여주는 그래프이며,
도 10은 표준 도구 궤적 방법 대 본원의 교시사항을 비교한 그래프이며,
도 11은 양자가 90도의 진입각을 갖는 반전된 트리팬 도구 궤적(reversed trepan tooling trajectories)을 이용하여 시간에 따른 2열의 구멍의 드릴 가공을 보여주는 그래프이다.

도 1에 도시된 도구 위치조정기구 시스템의 일례는, 웨이퍼 척 조립체(140)을 구비한 복합 빔 위치조정 시스템을 사용하는 레이저 가공 시스템(110)이며, 이 웨이퍼 척 조립체(140)는 인쇄회로기판과 같은 반도체 공작물(13)에서 미세조직과 비관통 비아(blind via) 및/또는 관통 비아(through via)와 같은 다른 특징부의 자외선 레이저 용융 제거 패터닝을 위해 사용될 수 있다. 도시된 레이저 시스템(110)은, 소정 파장의 하나 이상의 레이저 펄스와 공간 모드 프로파일로 이루어진 레이저 출력(116)을 제공하는 레이저(114)를 포함한다.

레이저 출력(116)은 다양한 공지의 확산 및/또는 평행집속 광학계(118)를 통과할 수 있고, 광 경로(120)를 따라 전파될 수 있고, 빔 위치조정 시스템(130)에 의해 안내되어 레이저 시스템 출력 펄스(들)(132)를 공작물(13) 상의 레이저 타겟 위치(134)에 충돌할 수 있다. 빔 위치조정 시스템(130)은, 예컨대 X, Y, 및/또는 Z 위치조정 거울(242 및 244)을 지지하는 적어도 2개의 횡방향 스테이지(136 및 138)를 사용할 수 있는 병진 스테이지 위치조정기구를 포함할 수 있다. 빔 위치조정 시스템(130)은 동일하거나 상이한 공작물(13) 상의 타켓 위치들(134) 사이에서 신속하게 움직일 수 있다.

스테이지(136 및 138)는 궤적을 따라 빔 위치조정 시스템(130)을 공작물(13)에 대해 상대적으로 이동시켜 공작물(13) 내에 특징부를 형성할 수 있다. 도 1의 예에 도시된 바와 같이, 병진 스테이지 위치조정기구는 분할 축선 시스템(split-axis system)이며, 여기에서 Y 스테이지(136)는 통상적으로는 선형 모터에 의해 레일(146)을 따라 이동되는데, 공작물(13)을 지지하고 이동시키고, X 스테이지(138)는 통상적으로는 선형 모터에 의해 레일(148)을 따라 이동되는데, 고속 위치조정기구(150)를 지지하고 이동시키는데, 이 고속 위치조정기구는 다음에 공지된 수많은 방법에 따라 예시된 Z 축선을 따라 자유롭게 이동 가능한 집속 렌즈를 지지한다.

계속 도 1을 참조하면, 위치조정 거울(도시 생략)은 고속 위치조정기구(150)의 하우징에 내장되어 광 경로(120)를 예시된 Z 축선을 따라 집속 렌즈를 통해 레이저 타겟 위치(134)로 안내한다. X 스테이지(138)와 Y 스테이지(136) 사이의 Z 치수도 역시 조정될 수 있다. 위치조정 거울(242 및 244)은 광 경로(120)를 따라 위치조정되어 있는, 레이저(114)와 고속 위치조정기구(150) 사이의 임의의 방향 전환을 통해 광 경로(120)를 정렬시킨다. 고속 위치조정기구(150)는, 예컨대, 고해상도 선형 모터 또는 한 쌍의 검류계 거울(galvanometer mirrors)을 사용할 수 있으며, 이들 모터 또는 거울은 제공된 시험 또는 설계 데이터에 기초하여 유일하거나 반복적인 가공 동작을 실시할 수 있다. 스테이지(136 및 138)와 위치조정기구(150)는 패널화 데이터(panelized data) 또는 비패널화 데이터(unpanelized data)에 응답하여 제어될 수 있고, 독립적으로 이동될 수 있거나, 협력하여 함께 이동될 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 예와 같은 레이저 가공 시스템(110)에서, 총 이동 길이는 스테이지(136)와 스테이지(138) 양자의 이동 길이를 포함할 수 있지만 필수적인 것은 아니다.

고속 위치조정기구(150)는 또한 공작물(13)의 표면의 하나 이상의 기점(fiducials)에 정렬될 수 있는 영상 시스템(vision system)을 포함할 수도 있다. 빔 위치조정 시스템(130)은, 대물 렌즈를 통해 작동하거나 개별 카메라와 축선이 다른 영상 시스템 또는 빔 정렬 시스템을 사용할 수 있다.

반파 판상 편광자(half wave plate polarizer)와 같은 선택적인 레이저 동력 제어기(152)는 광 경로(120)를 따라 위치조정될 수 있다. 또한, 광다이오드와 같은 하나 이상의 빔 검출 장치(154)는 레이저 동력 제어기(152)의 하류에 위치할 수 있으며, 예컨대 레이저 출력(116)의 파장에 부분적으로 투과성을 가지도록 구성된 위치조정 거울(244)와 정렬될 수 있다. 빔 검출 장치(154)는, 신호를 전달해서 레이저 동력 제어기(152)의 효과를 변경하는 빔 진단 전자기구와 통신하는 것이 바람직하다.

공작물(13)은 척 조립체(140)에 의해 지지되며, 이 척 조립체는 진공 척 베이스(142)와, 척 상판(144), 그리고 선택적인 판(149)을 포함한다. 이 판(149)은 스테이지(136)와 스테이지(138) 중 적어도 하나에 대해 쉽게 연결되고 분리된다. 대안으로, 이 베이스(142)는 스테이지(136 또는 138)에 직접 고정되도록 구성될 수 있다.

공작물(13)에 대해 상대적으로 궤적을 따라 빔 위치조정 시스템(130)이 이동하는 것은, 제어기(18)에 의해 제어될 수 있으며, 이 제어기는 프로세서, 메모리, 그리고 메모리에 저장된 소프트웨어를 포함할 수 있다. 이 소프트웨어는, 제어기(18)가 병진 위치 시스템을 제어하여 공작물(13)에 대해 상대적으로 빔 위치조정 시스템(130)을 이동시킬 수 있는 하나 이상의 도구 경로 파일 암호화 궤적(toolpath files encoding trajectories)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 궤적은 공통 파일 형식으로 메모리에 저장될 수 있다.

도구 위치조정기구 시스템은, 예컨대 오리건주의 포트랜드에 소재하는 Electro Scientific Industries, Inc.에서 제조되어 모델 번호 5330, 5530, 5650 및 5800으로서 판매되는 레이저 미세가공 시스템일 수 있다. 또한 예시된 도구 위치조정 시스템이 부품, 여기에서는 공작물(13)에 대해 상대적으로 궤적을 따라 이동할 수 있는 도구로서 빔 위치조정 시스템(130)을 포함하지만, 기타 도구 위치조정 시스템도 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 공작물(13)이 정지 상태로 있는 시스템에서, 예컨대, 총 이동 거리는 빔 위치조정 시스템(130)의 이동 길이와 동일할 수 있다.

도 1에 도시된 예에서 공작물(13)에 대해 상대적으로 도구 움직임, 예컨대 빔 위치조정 시스템(130)의 움직임과 관련한 유휴 시간을 최소화하기 위한 표준 방법은, 어느 하나의 가공 특징부에서 다음 가공 특징부까지 도구 움직임과 관련한 총 이동 길이를 최소화하는 것이다. 이 방법은, 각각의 특징부의 가공과 관련한 도구 동작이 단지 특정의 특징부를 가공하는 동안에 빔 위치조정 시스템(130)과 기타 도구를 정지시켜 둘 것을 요구할 때 매우 유효하다. 그러한 경우, 모든 특징부 대 특징부 이동은, 초기 도구 속도 및 말기 도구 속도가 영(0)일 것을 요구하는 단순한 점 대 점 이동이고, 총 이동 길이는 최적화에 이용되는 적합한 측정기준(metric)인데, 왜냐하면 총 이동 길이는 총 이동 시간에 실질적으로 비례하기 때문이다.

게다가, 표준 산업 실무는 특정의 도구 작동을 주어진 응용 분야를 위한 특정의 특징부 유형과 관련시킨다. 표준 산업 실무 하에서, 주어진 각각의 응용 분야에서 동일한 유형(예컨대, 동일한 크기 및 형상)의 모든 특징부는, 도구가 공작물(13)에 대해 상대적으로 동일한 정확한 궤적을 따르도록 함으로써 가공된다. 도구가 동일한 정확한 궤적을 따르게 하는 것은, 다음에 동일한 유형에 속하는 모든 특징부를 가공하기 위해 공작물(13)에 대해 상대적으로 동일한 진입 도구 속도 및 퇴출 도구 속도를 이용하게 한다.

본 발명자가 우연히 알아낸 바로는, 도구가 영(0) 이외의 도구 속도로 공작물(13)에 대해 소정 궤도를 따를 것을 도구 작동이 요구하는 경우, 즉 "진입" 도구 속도 및 "퇴출" 도구 속도가 영(0)이 아닌 경우에, 표준 방법에 비해 특징부 대 특징부 궤적과 도구 속도 벡터의 정렬을 개선함으로써 특징부 대 특징부 도구 이동 중에 소비되는 미가공 시간을 감소시킬 수 있다.

보다 구체적으로, 통상적인 부품 가공 응용 분야는, 패널 상의 원하는 지점에서 소정 직경의 구멍을 드릴 가공하는 것과 같이, 공작물(13) 상의 다양한 지점에서 특징부의 형성과 관련한 도구 동작을 여러 번 반복할 것을 요구한다. 그러한 특징부는 원형 형상(예컨대, PCB에서 비관통 비아 및 관통 비아 또는 환형 링)을 가질 수 있다. 그러한 원형 형상이 존재하는 경우, 도구는 가공 대상 특징부의 형상을 따르는 공작물(13) 상에서 거의 원형인 경로를 따를 것으로 또한 기대된다. 그러한 도구 궤적의 예로는, 트리팬(trepan), 원, 및 나선이다. 특징부의 형성과 관련된 도구 동작을 여러 번 반복하는 것은, 도구가 도구 궤적의 초기와 말기에 잘 정의된 0이 아닌 작업 표면 속도 [즉, 공작물(13)에 대한 상대 속도]를 달성할 것을 요구한다.

또한, 부품 가공 응용 분야에서는 동일한 유형의 모든 특징부에 대해 도구 궤적을 미리 정의하는 것이 관행이다. 그렇기 때문에, 동일한 유형의 모든 특징부는 이들 특징부가 공작물(13) 상의 어디에 위치하는지에 상관없이 또는 이들 특징부가 가공되는 순서에 상관없이 도구가 공작물(13)에 대해 상대적으로 동일한 진입 속도 벡터 및 퇴출 속도 벡터를 달성할 것을 요구하는 것이 관행이다.

그러나 동일한 유형의 모든 특징부가 동일한 궤적을 따르는 도구에 의해 가공될 요건은 불필요하게 제한적이고, 특징부 대 특징부 이동 중에 소비되는 미가공 시간에 비해서 최적 미달의 시스템 성능을 발휘할 것으로 생각된다. 이론에 구속되지 않는 경우, 원형 형상을 가진 특징부는 도구 궤적의 회전 및 방향 변화에 본래 불변하는 것으로 생각된다. 따라서, 동일한 유형의 특징부인 경우에도, 각각의 특징부의 위치 또는 다른 특징부에 대한 상대적인 위치와 같이, 각각의 특징부를 기반으로 도구 궤적과 관련한 진입각 및 퇴출각을 변경할 수가 있다. 이러한 새로운 자유도를 이용하여, 특정의 특징부의 가공과 관련된 진입 도구 속도 벡터 및 퇴출 도구 속도 벡터를, 도구를 이전 특징부로부터 그 특징부로 가져가는 이동 그리고 도구를 그 특징부로부터 다음 특징부로 멀리 가져가는 이동과 각각 실질적으로 맞출 수 있다. 환언하면, 특정의 특징부의 가공과 관련된 도구의 진입 속도 벡터는, 도구를 이전 특징부로부터 그 특징부로 가져가는 이동과 실질적으로 맞춰질 수 있다. 유사하게, 특정의 특징부의 가공과 관련된 도구의 퇴출 속도 벡터는, 도구를 그 특징부로부터 다음 특징부로 멀리 가져가는 이동과 실질적으로 맞춰질 수 있다.

따라서, 도구가 각각의 특징부의 가공을 시작하고 종료할 때 도구는 "우측" 방향으로 이동하기 때문에, 그와 같은 맞춤은 특징부 대 특징부 이동 중에 시간 소모적인 도구 가속 세그먼트에 대한 요구를 실질적으로 감소시키거나 제거할 수 있으며, 이는 다음에 그러한 이동 중에 소비되는 시간을 감소시키고, 이에 따라 전체 시스템 처리량을 증가시킨다.

이러한 교시사항에 대한 응용 분야는 도 2 내지 도 7에 처음으로 예시되어 있다.

도 2 내지 도 5는 상이하게 미리 정의된 진입각(0도, 90도, 180도 및 270도)에 대응하는 4개의 상이한 트리팬 도구 궤적(20, 22, 24 및 26)을 각각 보여주고 있다. 이들 궤적(20, 22, 24 및 26)은, 가공의 완료 시에 형성되고 오리건주의 포트랜드에 소재하는 Electro Scientific Industries, Inc.에서 제조되어 모델 번호 5330, 5530 및 5650으로서 판매되는 레이저 미세가공 시스템에서 현재 이용 가능한 트리팬 궤적과 관련되어 있는 특징부(17)를 형성한다. 이들 예시된 궤적(20, 22, 24 및 26)은 단지 예로서 도시되어 있을 뿐이고, 본원의 교시사항의 응용 분야를 한정하지 않는다.

도 2 내지 도 5에 도시된 궤적(20, 22, 24 및 26)은 "등가" 궤적이라는 점에 주의하라. 다시 말해서, 이들 궤적은 모두 기본 궤적을 회전시키거나 기본 궤적의 거울상을 취함으로써 단일의 "기본" 궤적으로부터 유도될 수 있다. 예를 들면, 도 2 내지 도 5에 도시된 4개의 상이한 궤적에서, 도 2의 0도 진입 궤적(20)이 기본 궤적으로 고려될 수 있다. 그러고 나서 도 3 내지 도 5의 나머지 3개의 궤적(22, 24 및 26)은 모두 기본 궤적(20)에 대해 등가 궤적들이며, 이것은 이들 등가 궤적(22, 24, 26)은 기본 궤적(20)을 소정 양(예컨대, 도 2 내지 도 4에 각각 도시된 바와 같이 90도, 180도 및 270도) 또는 임의의 양만큼 회전시킴으로써 얻어질 수 있다는 점에서 그러하다. 이들 궤적(20, 22, 24 및 26)은 미리 정의된 등가 궤적들의 집합을 형성한다. 도구는, 이들 궤적(20, 22, 24 및 26) 중 임의의 궤적을 공작물(13)에 대해 상대적으로 이동시켜 동일한 특징부를 형성하는 동안에 작동하도록 제어기(18)에 의해 제어될 수 있다.

도 6은, 도구 궤적들(22)과, 각각의 특징부(17)에 대해 동일한 트리팬 도구 궤적(22)(진입각=90도)을 이용하는 2개 열의 특징부(17)의 드릴 가공과 관련된 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a, 28b)을 포함하는 공정 순서를 보여주고 있다. 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a)은 도 6에 도시된 바와 같은 하부 열에서의 도구 궤적들(22) 사이에서 공작물(13)에 대해 상대적으로 도구가 이동하는 궤적이고, 특징부 대 특징부 운동 궤적(28b)은 도 6에 도시된 바와 같은 상부 열에서 도구 궤적들(22) 사이에서 공작물(13)에 대해 상대적으로 도구가 이동하는 궤적이다. 이들 특징부(17)는 어레이로 배열되어 있고, 하부 열이 도시된 바와 같이 제1 방향, 즉 +x 방향으로 가공되고 나서, 상부 열이 제2의 반대 방향, 즉 -x 방향으로 가공되도록 사행(蛇行) 패턴으로 가공된다.

도 6에서 알 수 있듯이, 양자의 열을 위한 동일한 트리팬 도구 궤적(22)을 유지하는 것은, 결국 상부 열을 가공하는 동안 도구 궤적(22) 및 특징부 대 특징부 운동 궤적(28b)의 진입 속도와 퇴출 속도 사이의 불일치(mismatch)를 초래한다는 점은 주목할 만하다. 이러한 불일치는 제2 열(및 후속하는 임의의 짝수 열)에서 특징부(17)를 가공하기 전후로 도구의 방향을 역전시키는 데에 시간이 소비되는 결과를 초래한다.

도 6에 도시된 가공과 관련된 문제점들은, 도 6의 경우에 대해 빔 위치조정 시스템(130)의 x축 운동을 위한 가속 명령(30)을 보여주는 도 7을 참조함으로써 분명히 알게 된다. 이 도면에서는 도 6의 제2 (상부) 열의 특징부(17)를 가공하는 동안 빔 위치조정 시스템(130)의 가속 시에 큰 스파이크(32)가 존재하고 있다는 점을 주목할 만하다. 이들 스파이크(32)는 후속하는 특징부 대 특징부 이동(28b)에 영향을 주도록 각각의 특징부(17)를 위한 빔 위치조정 시스템(130)의 퇴출 속도를 "역전"시키기 위해 필요하다.

도 8은 특징부(17)를 가공하기 위한 제안된 방법의 일례를 보여주고 있다. 도 6과 같이, 도 8도 역시 도 6에서와 동일한 패턴의 특징부(17)에서 특징부(17)의 하부 열을 가공하기 위한 도구 궤적(22)과 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a)을 보여주고 있다. 그러나, 도구 궤적(26)과 특징부 대 특징부 운동 궤적(28d)은 특징부(17)의 상부 열을 가공하는 데에 사용된다. 다시 말해서, 도 8에서, 제2 열, 즉 상부 열의 특징부(17)는 제1 열의 특징부와 비교하여 상이한 도구 궤적(26)과 관련되어 있다. 2개를 초과하는 열의 특징부의 어레이에서, 제1 열과 임의의 후속하는 홀수 열은 제1 범주의 특징부(17)로 고려될 수 있다. 빔 위치조정 시스템(130)은 90도의 진입각을 가진 도구 궤적(22)을 계속해서 따르며, 이 궤적은 제1 범주의 특징부(17)를 가공할 때 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a)의 +x 방향과 일치한다. 그러나, 제2 열과 임의의 후속하는 짝수 열은 제2 범주에서 고려될 수 있고, 빔 위치조정 시스템(130)은 특징부 대 특징부 운동 궤적(28c)의 -x 방향과 실질적으로 일치시키기 위해 270도의 진입각을 가진 도구 궤적(26)을 따를 수 있다. 도 8과 도 6을 비교해보면, 상부 열의 특징부(17)를 가공하는 동안 빔 위치조정 시스템(130)의 방향을 더 이상 역전시킬 필요가 없다는 것을 보여준다. 또한 특징부(17)는 추가의 예로서 특징부(17)가 위치하는 칼럼에 기초를 둔 범주로 분류될 수 있다.

도 9는 이러한 결과를 뒷받침하고 있다. 즉, 도 9는 도 8의 경우를 위해 빔 위치조정 시스템(130)의 x축 운동을 위한 위치 및 가속 명령(36)을 보여주고 있다. 도 9를 도 7과 비교해보면, 도구 궤도(26)의 진입각을 변경함으로써 가속 명령(36)에서 급격한 가속 스파이크(32)가 제거된 것이 명확하다.

이들 변경에 대한 이익은 도 10에서 알 수 있는데, 도 10은 도 6과 도 7에 도시된 바와 같은 모든 특징부(17)를 위해 일정한 도구 궤적(22)을 사용하는 표준 방법과, 도시된 예에서 도구 궤적(22)으로부터 도구 궤적(26)까지 기본 궤적을 회전시킴으로써 [상이한 열의 특징부(17)와 같이] 상이한 범주의 특징부(17)를 위한 상이한 도구 궤적(22 및 26)을 사용하는 도 8의 제안 방법 사이에서 빔 위치조정 시스템(130)의 레이저 활동도를 비교한 것이다. 상이한 특징부(17)를 가공하기 위한 기본 궤적을 회전시키는 것은, 도 8에 도시된 궤적(28a 및 28c)과 같이 전체 특징부 대 특징부 운동 궤적과 도구 진입/퇴출 속도를 실질적으로 맞출 수 있다.

표준 방법을 이용한 빔 위치조정 시스템(130)의 레이저 활동도는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 열의 특징부(17)를 각각 가공하기 위해 라인(38a 및 38b)으로 표시되어 있는 반면에, 제안된 방법을 사용한 레이저 활동도는, 도 8에 도시된 바와 같이, 하부 및 상부 열의 특징부(17)를 각각 가공하기 위해 라인(40a 및 40b)으로 표시되어 있다. 도 10의 그래프의 비교 라인(38a 및 40a)으로부터 알 수 있듯이, 레이저 활동도는 어느 하나의 방법을 이용하여 제1 열의 특징부(17)를 가공하는 동안에 동기화되어 있다. 그러나, 라인(41)으로 표시된 시점에 제1 열의 특징부(17)가 가공된 후에 레이저 활동도는 비교 라인(38b 및 40b)으로부터 알 수 있듯이 어느 하나의 방법을 이용하여 제2 열의 특징부(17)를 가공하는 동안에 동기화되어 있지 않다. 대신에, 표준 방법을 이용하여 제2 열의 특징부(17)를 가공할 때, 제안된 수법에 비해 특징부(17) 사이에서 이동하기 위해 추가 시간이 요구된다. 이러한 추가 시간은 도 10에 도시된 유보 시간(42)으로 표시되어 있다. 도구의 진입 속도 및 퇴출 속도는, 예컨대 유보 시간(42)이 최대가 될 때 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a 및 28c)과 최적으로 맞춰질 수 있다.

도 10으로부터 명확한 것은, 제안된 방법이 급격한 가속 스파이크(32)의 제거 외에도 총 특징부 대 특징부 이동 시간을 실질적으로 감소시킨다는 것이다.

제안된 수법의 또 다른 예는 도 11에 예시되어 있으며, 도 6과 도 8에 도시된 동일한 패턴의 특징부(17)를 참조로 하여 설명된다. 그러나, 도 8의 본 발명의 방법처럼, 도 11의 방법은 상이한 패턴의 특징부(17)와 함께 사용될 수 있다. 도 6과 도 8과 유사하게, 도 11은 하부 열의 특징부(17)를 가공하기 위해 도구 궤적(22)과 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a)을 포함한 도구 제1 궤적 영역을 보여주고 있다. 그러나, 도구 궤적(22')과 특징부 대 특징부 운동 궤적(28e)을 포함한 제2 궤적 영역은 상부 열의 특징부(17)를 가공하는 데에 사용될 수 있다. 도구 궤적(22')은 도구 궤적(22)의 역전 궤적인 반면에, 특징부 대 특징부 운동 궤적(28e)은 특징부 대 특징부 운동 궤적(28a)의 역전 궤적이다. 다시 말해서, 도 11에 도시된 상부 열의 특징부(17)를 가공할 때의 도구 또는 최종 작동체(end-effector)의 궤적은, 하부 열의 특징부(17)를 가공할 때의 최종 작동체의 궤적과 비교하면 모양은 동일하지만 방향은 반대이다. 이 경우에, 궤적(22)은 기본 궤적으로 고려될 수 있는데, 왜냐하면 궤적(22')과 같은 기타 궤적들의 모양이 동일하기 때문이다. 도 11의 제안된 방법은 특징부 대 특징부 이동 시간을 실질적으로 감소시킬 수 있고, 도 6에 예시된 표준 방법과 비교하여 급격한 가속 스파이크를 제거할 수 있다.

본 명세서에서 개시된 사상은 성공적으로 시험되었고, Electro Scientific Industries, Inc.의 모델 번호 5800으로서 식별되는 듀얼 헤드 레이저 미세가공 시스템에서 특징부 대 특징부 이동 시간을 실질적으로 개선하는 것으로 관찰되었다. 예를 들면, 114개의 열과 33개의 행으로 이루어진 패턴(총 3762개의 구멍)에 대하여 표준 방법을 위한 이동 시간(즉, 미가공 시간)은 90도의 단일 진입각을 이용할 때 약 12.25초이다. 도구 궤적이 가령 좌우방향 열들(즉, 상부에서 시작하는 홀수 열들)을 위한 90도의 진입각과, 우좌방향 열들(즉, 짝수 열들)을 위한 270도의 진입각을 이용함으로써 변경되는 경우[예컨대 하나의 특징부(17)를 가공하는 데에 사용되는 제1 궤적으로부터 동일한 특징부(17)를 가공하는 데에 사용되는 다른 궤적으로 변경되는 경우], 이동 시간은 단지 6.81초까지만 감소되었다. 각각의 경우에, 레이저 빔 도구 궤적은 구멍의 중심에서 2 msec의 휴지(즉, 천공 시간)과 150 ㎜/sec의 나선 동작을 가진다.

제안된 방법들은 최종 작동체 궤적에서 신속한 방향 역전과 관련된 가속 스파이크를 감소시키고, 총 특징부 대 특징부 이동 시간을 실질적으로 감소시키며, 이들 양자는 전체 시스템의 성능을 향상시킬 것이다.

전술한 실시 형태는 본 발명을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 설명되었으며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 이와 반대로, 본 발명은 첨부한 청구범위의 범위 내에 포함되는 다양한 변형 형태 및 등가의 구성을 포괄하도록 되어 있으며, 이 범위는 법률 하에서 허용되는 그러한 변형 형태와 등가의 구조물 모두를 포함하도록 가장 광범위하게 해석될 수 있다.

13: 공작물
18: 제어기
20, 22, 22', 24, 26: 궤적
110: 레이저 가공 시스템
114: 레이저
116: 레이저 출력
120: 광 경로
130: 웨이퍼 척 조립체
136, 138: 스테이지
150: 고속 위치조정기구
152: 레이저 동력 제어기
154: 빔 검출 장치

Claims

도구 위치조정기구 시스템이 하나의 구성요소에서 동일한 형태의 다수의 특징부를 가공하기 위해 도구를 구성요소에 대해 상대적으로 이동시키는 궤적을 제어하는 장치로서, 이 궤적 제어 장치는,
상기 도구가 제1 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제1 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함하는 제1 도구 궤적과,
상기 도구가 제2 특징부를 가공하기 시작할 때의 진입 속도와 상기 도구가 상기 제2 특징부의 가공을 완료할 때의 퇴출 속도를 포함하는 제2 도구 궤적
을 포함하며, 상기 제2 도구 궤적의 진입 속도 및 퇴출 속도는 상기 제1 도구 궤적 각각의 진입 속도 및 퇴출 속도와 상이한 것인 궤적 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 제2 도구 궤적은, 회전된 제1 도구 궤적과 역전된 제1 도구 궤적 중에서 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 궤적 제어 장치.
제1항에 있어서, 상기 특징부들은 제1 범주의 특징부와 제2 범주의 특징부를 포함하며, 상기 궤적 제어 장치는,
상기 제1 범주의 특징부들 중의 2개 사이에서 제1 방향으로 연장되는 제1 특징부 대 특징부 궤적과,
상기 제2 범주의 특징부들 중의 2개 사이에서 상기 제1 방향과 다른 제2 방향으로 연장되는 제2 특징부 대 특징부 궤적을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 궤적 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 도구 궤적의 진입 속도 및 퇴출 속도는 상기 제1 방향과 실질적으로 맞춰지며, 상기 제2 도구 궤적의 진입 속도 및 퇴출 속도는 상기 제2 방향과 실질적으로 맞춰지는 것을 특징으로 하는 궤적 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 범주의 특징부들과 상기 제2 범주의 특징부들은 교번하는 열과 교번하는 행 중의 하나에 배열되며, 상기 제2 방향은 상기 제1 방향과 반대인 것을 특징으로 하는 궤적 제어 장치.
제3항에 있어서, 상기 제1 도구 궤적은 상기 제1 범주의 특징부를 가공하는 데에 사용되며, 상기 제2 도구 궤적은 상기 제2 범주의 특징부를 가공하는 데에 사용되는 것을 특징으로 하는 궤적 제어 장치.
도구를 이용하여 구성요소에서 원형 특징부를 가공하는 방법으로서,
각각의 특징부를 기반으로, 총 특징부 대 특징부 이동 시간의 감소와 개별 특징부 대 특징부 이동과 관련된 가속 명령의 진폭의 감소 중 적어도 하나로 상기 원형 특징부의 가공과 관련된 도구 궤적을 변경하는 것
을 포함하는 것인 원형 특징부 가공 방법.
제9항에 있어서 상기 도구 궤적을 변경하는 것은, 각각의 특징부를 위한 미리 정의된 등가 궤적들의 세트 중에서 각각의 도구 궤적을 선택하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제8항에 있어서, 상기 각각의 특징부를 위한 미리 정의된 등가 궤적들의 세트 중에서 각각의 도구 궤적을 선택하는 것은,
상기 도구를 공정 순서로 이전 특징부로부터 상기 각각의 특징부로 가져가는 특징부 대 특징부 이동 그리고 상기 도구를 공정 순서로 상기 각각의 특징부로부터 다음 특징부로 멀리 가져가는 특징부 대 특징부 이동과 각각 상기 각각의 특징부를 위한 진입 속도 벡터 및 퇴출 속도 벡터를 최적으로 맞추는 방식으로 상기 각각의 특징부를 위한 각각의 도구 궤적을 선택하는 것
을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제7항에 있어서, 상기 도구 궤적을 변경하는 것은, 기본 도구 궤적을 임의의 각도만큼 회전시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제10항에 있어서, 상기 기본 도구 궤적을 임의의 각도만큼 회전시키는 것은,
상기 도구를 공정 순서로 이전 특징부로부터 상기 각각의 특징부로 가져가는 특징부 대 특징부 이동 그리고 상기 도구를 공정 순서로 상기 각각의 특징부로부터 다음 특징부로 멀리 가져가는 특징부 대 특징부 이동과, 각각 상기 각각의 특징부를 위한 진입 속도 벡터 및 퇴출 속도 벡터를 최적으로 맞추는 방식으로 상기 각각의 특징부를 위한 기본 도구 궤적을 회전시키는 것
을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제10항에 있어서, 상기 기본 도구 궤적을 임의의 각도만큼 회전시키는 것은, 상기 기본 도구 궤적을 90도, 180도 및 270도 중의 하나만큼 회전시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제12항에 있어서, 상기 기본 도구 궤적은 트리팬 도구 궤적(trepan tooling trajectory)인 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.
제7항에 있어서, 상기 도구 궤적을 변경하는 것은, 기본 도구 궤적과 관련한 운동 방향을 역전시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 원형 특징부 가공 방법.