Stylus Profiler용 초정밀 선형 스테이지 설계에 관한 연구

Abstract

최근 반도체 및 평판 디스플레이 기술의 발전과 더불어 정밀 측정 기술의 수요 및 요구도 함께 증가하는 추세에 있다. 이에 따라 정밀 측정 기술을 이용한 장비의 수요도 지속적으로 증가할 것으로 예상된다. 정밀 측정 기술이 적용된 대표적인 예는 AFM, 광학 현미경, SEM, SPM, 스타일러스 프로파일러(Stylus Profiler) 등이 있다. 이런 장치들은 정밀 이송기구의 발전에 기반을 두고 있어 정밀 이송 시스템의 역할은 매우 중요하다. 일반적으로 정밀 이송장치는 이중서보 구동시스템을 사용하는 경우가 많은데 이는 수 ㎜에서 수십 ㎜의 구동범위를 갖는 조동구동기(Coarse actuator)와 수 ㎛의 범위를 가지고 정밀한 이송이 가능한 미세구동기(Fine actuator)로 구성된다. 본 연구에서는 LCD 패널의 측정을 위한 이중서보 구동 시스템에서 사용될 미세구동기를 이용한 마이크로 스테이지를 개발하고자 한다. 이러한 성능을 만족시키기 위해 본 연구에서는 110×110×60㎜의 제한된 크기에서 X, Y축으로 500㎛(±250㎛)의 운동범위를 갖는 스타일러스용 선형 스테이지를 설계, 개발하는 것을 목적으로 한다. 스테이지의 위치 정밀도를 구현하기 위해 안내기구(Guide mechanism)와 구동기(Actuator)가 필요하다. 개발하는 스테이지는 판스프링(Leaf spring)을 이용한 안내기구와 VCM(Voice coil motor)을 구동기로 사용한다. 이를 바탕으로 VCM 구동기와 판스프링 안내 기구를 설계하고 스테이지를 제작하였다. 제어기를 통하여 제작된 스테이지를 구동하였고 측정 센서인 LVDT의 정렬을 통해 스테이지의 비선형성을 줄였다. 이후 스타일러스를 스테이지에 부착하여 PCB 기판의 스캔을 수행하였고 이때 얻어진 이미지를 통해 20㎛의 단차를 확인할 수 있었다.