JP4220505B2 - ステージ装置（ｓｔａｇｅａｐｐａｒａｔｕｓ） - Google Patents

Description

本発明は、ステージ装置に係り、より詳しくは、ステージの移送構造を改善したステージ装置に関する。

一般に、ステージ装置は、半導体のウエハー及び液晶表示パネル（ＬＣＤ）などの精密検査のためのスキャニング装置と半導体加工機及び精密加工機などに用いられる装置として、ウエハーのような物品を支持して精密に移送することができる装置である。

このようなステージ装置は、主に、半導体のウエハーなどを支持するステージと、ステージを移送するための駆動ユニットとを含む。

このような従来のステージ装置に関する技術が下記の特許文献１のＸＹＺ−軸テーブルに開示されている。このような従来のＸＹＺ−軸テーブルは、ステージと、ステージを移送するために駆動ユニットとしてＸ−軸駆動リニアモータ、Ｙ−軸駆動リニアモータ及びＺ−軸駆動リニアモータとを含むように構成される。このようなリニアモータは、電気子と、電気子に対して相対的に移動する稼動要素とを含む。そして、このような稼動要素は、電気子に対して移動する方向にステージの端部を加圧してステージを移送する。

しかし、このような従来のステージ装置は、電気子による稼動要素の移動方向である駆動ユニットの作動方向と稼動要素がステージの端部を加圧する方向とが同一に設定されることにより、駆動ユニットがステージの端部に垂直に長く設置されて設置空間を多く占める。
韓国公開特許公報第２００３−００５１７７０号

そこで、本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、大きさを容易に減らすことができるステージ装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明によるステージ装置は、ベースと、前記ベースに対して相対移動可能に設けられたステージと、前記ベースに対して前記ステージを相対移動させるように設けられた複数の駆動ユニットとを含み、前記各駆動ユニットは、前記ベースに対して前記ステージ方向に移動可能に設けられた第１領域及び前記第１領域の移動方向に垂直な方向に移動可能に設けられた第２領域を有するリンクと、前記リンクの第１領域が前記ステージを移動させるように前記リンクの第２領域を移動させるリンク駆動部とを含むことを特徴とする。

ここで、前記各駆動ユニットは、前記リンクの第１領域に前記ステージと接触可能に設けられた接触スライダーと、前記リンクの第２領域及び前記リンク駆動部に結合され前記リンク駆動部によって移送される駆動スライダーと、前記ベースに対して支持されて前記接触スライダーを案内する固定型ガイドと、前記ベースに対して移動可能に設けられて前記駆動スライダーを案内する移動型ガイドとをさらに含むことができる。

前記各駆動ユニットは、前記リンクの第１領域及び第２領域と三角形をなす前記リンクの第３領域に前記接触スライダーの移動方向と垂直な方向に移動可能に設けられた補助スライダーと、前記ベースに対して支持されて前記補助スライダーを案内する固定型補助ガイドとを含むことができる。

前記各駆動ユニットは、前記ベース及び前記ステージに結合されて前記リンクの第１領域が前記ステージを加圧する方向の反対方向に弾性力を提供する弾性部材をさらに含むことができる。

前記弾性部材は、前記ステージが前記リンクの第１領域に対して接触可能なように弾性力を提供することができる。

前記複数の駆動ユニットは、第１駆動ユニット、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットを含み、前記第１駆動ユニットは、前記ステージの第１端部に接触可能に設けられ、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットは、前記ステージの第１端部と垂直をなす前記ステージの第２端部に接触可能に設けられることができる。

前記リンク駆動部は、駆動モータと、一側が前記移動型ガイドに結合され他側が前記駆動モータによって移動可能に設けられたロッドとを含むことができる。

本発明によると、リンク駆動部がリンクの第１領域の移動方向に垂直な方向にリンクの第２領域を移動させるように設けられることにより、リンク駆動部がリンクの第１領域の移動方向と同一の方向にリンクの第２領域を移動させる場合よりも駆動ユニットの大きさを減らすことができて、ステージ装置の全体大きさを容易に減らすことができる。

以下、添付図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１乃至図３に示されているように、本発明によるステージ装置１は、ベース７と、ベース７に対して相対移動可能に設けられたステージ５と、ベース７に対してステージ５を相対移動させるために設けられた複数の駆動ユニット１０、３０、５０とを含む。

ベース７は、ステージ５が相対移動可能なようにステージ５の下側に設けられてステージ５を支持する。ベース７は、ステージ５がベース７に対してスライディング移動可能なようにステージ５と接触して支持することができ、エアーベアリングなどを用いてステージ５と接触せずに支持することもできる。

ステージ５は、半導体のウエハーなどを安着させて支持するように板状に設けられる。ステージ５は、本発明の一実施例として所定の厚さを有する四角板状に設けられるが、このような四角形形状に限定されず三角形など他の多角形形状に設けられることができ、円形や楕円形形状に設けられることもできる。ステージ５は、後述の第１駆動ユニット１０によって接触可能に設けられた第１端部５ａと、第１端部５ａと垂直をなすように設けられ後述の第２駆動ユニット３０及び第３駆動ユニット５０によって接触可能に設けられた第２端部５ｂとを含む。

複数の駆動ユニット１０、３０、５０は、本発明の一実施例によって第１駆動ユニット１０、第２駆動ユニット３０及び第３駆動ユニット５０を含む。第１駆動ユニット１０はステージ５の第１端部５ａに接触可能に設けられ、第２駆動ユニット３０及び第３駆動ユニット５０はステージ５の第２端部５ｂに接触可能に設けられる。しかし、複数の駆動ユニット１０、３０、５０は、前述のように３つ設けられることに限定されず、２つあるいは４つ以上設けられることができ、各駆動ユニット１０、３０、５０が配置される位置も、ステージ５の第１端部５ａ及び第２端部５ｂに限定されず、ステージ５の多様な端部に配置されることができる。

各駆動ユニット１０、３０、５０は本発明の一例としてほとんど同じ構成で設けられ、各駆動ユニット１０、３０、５０の構成については代表的に第１駆動ユニット１０で詳細に説明する。

第１駆動ユニット１０は、ベース７に対してステージ５方向に移動可能に設けられた第１領域１１ａと、第１領域１１ａの移動方向に垂直な方向に移動可能に設けられた第２領域１１ｂとを有する第１リンク１１を含む。そして、第１駆動ユニット１０は、第１リンク１１の第１領域１１ａがステージ５を移動させるように第１リンク１１の第２領域１１ｂを移動させる第１リンク駆動部２５を含む。

そして、第１駆動ユニット１０は、第１リンク１１の第１領域１１ａにステージ５と接触可能に設けられた接触スライダー１３と、第１リンク１１の第２領域１１ｂ及び第１リンク駆動部２５に結合され第１リンク駆動部２５によって移送される駆動スライダー２１と、ベース７に対して支持されて接触スライダー１３を案内する固定型ガイド１７と、ベース７に対して移動可能に設けられ駆動スライダー２１を案内する移動型ガイド２３とをさらに含むことができる。

そして、第１駆動ユニット１０は、第１リンク１１の第１領域１１ａ及び第２領域１１ｂと三角形をなす後述の第１リンク１１の第３領域１１ｃに接触スライダー１３の移動方向と垂直な方向に移動可能に設けられた補助スライダー１５と、ベース７に対して支持されて補助スライダー１５を案内する固定型補助ガイド１８とをさらに含むことができる。そして、第１駆動ユニット１０は、ベース７及びステージ５に結合され第１リンク１１の第１領域１１ａがステージ５を加圧する方向の反対方向に弾性力を提供する第１弾性部材２８をさらに含むことができる。

第１リンク１１は、互いに三角形をなす第１領域１１ａ、第２領域１１ｂ及び第３領域１１ｃが設けられるように三角形状に設けられる。しかし、第１リンク１１は三角形状に限定されず、第１領域１１ａ、第２領域１１ｂ及び第３領域１１ｃが設けられるように多様な形状に設けられることができる。

接触スライダー１３は、第１リンク１１の第１領域１１ａに回転可能に結合される。接触スライダー１３はベース７に結合された固定型ガイド１７によって案内されてステージ５の第１端部５ａに接触する。接触スライダー１３はステージ５に点接触可能に球形状に設けられることが好ましいが、球形状に限定されず四角ブロックなど多様な形態に設けられることができる。接触スライダー１３はステージ５の第１端部５ａに接触されることに限定されず、ステージ５の第１端部５ａにボルト結合などによって結合されることができるのはもちろんである。

固定型ガイド１７は、ベース７に結合され、接触スライダー１３を収容して案内するように長く設けられる。固定型ガイド１７は、接触スライダー１３がステージ５の第１端部５ａの中央に垂直な方向に接触するようにステージ５の第１端部５ａに垂直な方向に長く設けられる。

駆動スライダー２１は、第１リンク１１の第２領域１１ｂに回転可能に結合される。駆動スライダー２１は、第１リンク駆動部２５によって移動し、移動型ガイド２３によって移動可能に案内される。つまり、駆動スライダー２１は、第１リンク１１に結合された接触スライダー１３が固定型ガイド１７に対して移動するように移動型ガイド２３によって案内される。駆動スライダー２１は、断面が円形に設けられるが、円形断面に限定されず、四角断面など多様な形態に設けられることができる。

移動型ガイド２３は、第１リンク駆動部２５に結合されベース７に対して移動可能に設けられる。移動型ガイド２３は駆動スライダー２１が収容されて所定距離移動可能なように長く設けられる。移動型ガイド２３は、一例として固定型ガイド１７と同一の方向に設けられる。しかし、移動型ガイド２３は、固定型ガイド１７と異なる方向に設けられることもできる。

補助スライダー１５は、第１リンク１１の第３領域１１ｃに回転可能に結合される。補助スライダー１５は、ベース７に結合された固定型補助ガイド１８によって案内されて接触スライダー１３の移動方向に垂直な方向に移動する。補助スライダー１５は、断面が円形に設けられるが、円形断面に限定されず、四角断面など多様な形態に設けられることができる。

固定型補助ガイド１８は、ベース７に結合され、補助スライダー１５を収容して案内するように長く設けられる。固定型補助ガイド１８は、固定型ガイド１７の長さ方向に垂直な方向に長く形成される。しかし、固定型補助ガイド１８は、固定型ガイド１７の長さ方向に垂直な方向に限定されず、第１リンク１１の第２領域１１ｂの移動によって接触スライダー１３が固定型ガイド１７に対して移動するように多様な方向に設定されることができるのはもちろんである。

第１リンク駆動部２５は、第１リンク１１の第１領域１１ａがステージ５を移動させるように第１リンク１１の第２領域１１ｂを第１領域１１ａの移動方向に垂直な方向に移動させる。第１リンク駆動部２５は、駆動モータ２６と、一側が移動型ガイド２３に結合され他側が駆動モータ２６によって移動可能に設けられたロッド２７とを含む。しかし、第１リンク駆動部２５は、駆動モータ２６及びロッド２７に限定されず、移動型ガイド２３を移動させることができるようにリニアモータなどのような他の形態の駆動手段であることもできる。ここで、第１リンク駆動部２５が第１リンク１１の第１領域１１ａの移動方向に垂直な方向に第１リンク１１の第２領域１１ｂを移動させるように設けられることにより、第１リンク駆動部２５が第１リンク１１の第１領域１１ａの移動方向と同一の方向に第１リンク１１の第２領域１１ｂを移動させる場合よりも、第１駆動ユニット１０の大きさを減らすことができる。

駆動モータ２６には、ロッド２７を移動させるように設けられたサーボモータあるいはステップモータなどを使用することができる。駆動モータ２６は、ロッド２７を前進及び後進させることができるように正回転及び逆回転可能に設けられることができる。

ロッド２７は、ボールスクリューのようなスクリュー形状に設けられ駆動モータ２６の回転力によって移動型ガイド２３を移動させることができる。

第１弾性部材２８は、接触スライダー１３がステージ５を加圧する方向の反対方向に弾性力を提供するように少なくとも一つ設けられる。第１弾性部材２８は、第１リンク１１に近接するように設けられ、ステージ５が第１リンク１１に結合された接触スライダー１３に常時接触可能なように弾性力を提供する。第１弾性部材２８は、第１リンク１１の一側に一つ設けられることができ、第１リンク１１の両側に一対設けられることもできる。第１弾性部材２８は、第１リンク１１に近接した位置だけでなく第１リンク１１に対向するステージ５の反対方向に設けられて弾性力を提供することもできる。

第１弾性部材２８は、コイルスプリング形状に設けられ、一側がベース７に設けられた弾性部材支持部２９によって結合され、他側がステージ５の第１端部５ａに結合される。しかし、第１弾性部材２８は、コイルスプリングに限定されず、多様な形態のスプリングやゴムなどを使用することができる。

第２駆動ユニット３０は、第２リンク３１及び第２リンク駆動部４５を含む。そして、第２駆動ユニット３０は、ベース７及びステージ５に結合されて第２リンク３１の第１領域１１ａがステージ５を加圧する方向の反対方向に弾性力を提供する第２弾性部材４８をさらに含むことができる。

第３駆動ユニット５０は、第３リンク５１及び第３リンク駆動部６５を含む。そして、第３駆動ユニット５０は、ベース７及びステージ５に結合されて第３リンク５１の第１領域１１ａがステージ５を加圧する方向の反対方向に弾性力を提供する第３弾性部材６８をさらに含むことができる。

第２リンク３１及び第３リンク５１は、前述の第１リンク１１と同一の構成を有する。しかし、第２リンク３１及び第３リンク５１に結合された接触スライダー１３がステージ５の第２端部５ｂに接触可能に設けられることが、第１駆動ユニット１０との差異点である。そして、第２リンク３１に結合された接触スライダー１３は、ステージ５の第２端部５ｂの中心から一側に所定距離偏心された地点に接触し、第３リンク５１に結合された接触スライダー１３は、ステージ５の第２端部５ｂの中心から他側に前述の所定距離だけ偏心された地点に接触するように設置される。

第２リンク駆動部４５及び第３リンク駆動部６５は、前述の第１リンク駆動部２５と同一の構成を有するので詳細な説明を省略する。そして、第２弾性部材４８及び第３弾性部材６８は、前述の第１弾性部材２８と同一の構成を有する。しかし、第２弾性部材４８及び第３弾性部材６８は、各々ベース７及びステージ５の第２端部５ｂと結合されることが、第１駆動ユニット１０との差異点である。第２駆動ユニット３０及び第３駆動ユニット５０の構成のうちの前述していないものは、第１駆動ユニット１０とほとんど同一なので説明を省略する。

このような構成によって、本発明によるステージ装置１の作動過程を図４を参照して説明すると次の通りである。

図４は、本発明によるステージ装置のステージ５の移動に関する概略図である。この図面に示されているように、ステージ５は本発明の一例として長方形形状に設けられ、第１端部５ａの長さの半分はＲ_１であり、第２端部５ｂの長さの半分はＲ_２であり、第２端部５ｂの中央から第２駆動ユニット３０または第３駆動ユニット５０が作用する点までの距離はＲ_０である。そして、図２を基準に、ステージ５の板面中心が第１駆動ユニット１０によって上側（ｙ方向）に移動した量がＹであり、ステージ５の板面中心が第２及び第３駆動ユニット５０によって右側（ｘ方向）に移動した量がＸであり、ステージ５の板面中心に垂直な方向の軸線を中心に反時計方向に回転する角をθとする。そして、ステージ５の第１端部５ａに接する第１駆動ユニット１０の移動量がＸ_１であり、ステージ５の第１端部５ａに接する第２及び第３駆動ユニット５０の移動量が各々Ｘ_２及びＸ_３である。

これによって、ステージ５をＸ、Ｙ、θだけ移動させるための第１乃至第３駆動ユニット５０の移動量であるＸ_１、Ｘ_２及びＸ_３は次の式によって求められる。
Ｘ_１＝Ｙ＋Ｒ_２／ｃｏｓθ−Ｒ_２
Ｘ_２＝Ｘ＋Ｒ_１／ｃｏｓθ−Ｒ_０ｔａｎθ−Ｒ_１
Ｘ_３＝Ｘ＋Ｒ_１／ｃｏｓθ＋Ｒ_０ｔａｎθ−Ｒ_１
従って、上記の式によってステージ５の移動量Ｘ、Ｙ、θが決定されると、各駆動ユニット１０、３０、５０の移動量Ｘ_１、Ｘ_２、Ｘ_３が決定されることができる。

このように、本発明によるステージ装置の各駆動ユニットは、ベースに対して前記ステージ方向に移動可能に設けられた第１領域及び第１領域の移動方向に垂直な方向に移動可能に設けられた第２領域を有するリンクと、リンクの第１領域がステージを移動させるようにリンクの第２領域を移動させるリンク駆動部とを含み、リンク駆動部がリンクの第１領域の移動方向に垂直な方向にリンクの第２領域を移動させるように設けられることにより、リンク駆動部がリンクの第１領域の移動方向と同一の方向にリンクの第２領域を移動させる場合よりも駆動ユニットの大きさを減らすことができて、ステージ装置の全体の大きさを容易に減らすことができる。

本発明によるステージ装置の断面図である。 本発明によるステージ装置の作動図である。 本発明によるステージ装置の駆動ユニットの作動図である。 本発明によるステージ装置のステージの移動による概略図である。

符号の説明

１ ステージ装置
５ ステージ
７ ベース
１０ 第１駆動ユニット
１１ 第１リンク
１３ 接触スライダー
１５ 補助スライダー
１７ 固定型ガイド
１８ 固定型補助ガイド
２１ 駆動スライダー
２３ 移動型ガイド
２５ 第１リンク駆動部
２８ 第１弾性部材
３０ 第２駆動ユニット
３１ 第２リンク
４５ 第２リンク駆動部
４８ 第２弾性部材
５０ 第３駆動ユニット
５１ 第３リンク
６５ 第３リンク駆動部
６８ 第３弾性部材

Claims (6)

1. ベースと、
   前記ベースに対して相対移動可能に設けられたステージと、
   前記ベースに対して前記ステージを相対移動させるように設けられた複数の駆動ユニットとを含み、
   前記各駆動ユニットは、
   前記ベースに対して前記ステージ方向に移動可能に設けられた第１領域、該第１領域の移動方向に垂直な方向に移動可能に設けられた第２領域、及び前記第１領域及び前記第２領域と共に三角形をなす第３領域を有するリンクと、
   前記リンクの第１領域が前記ステージを移動させるように前記リンクの第２領域を移動させるリンク駆動部と、
   前記リンクの第１領域に前記ステージと接触可能に設けられた接触スライダーと、
   前記リンクの第２領域及び前記リンク駆動部に結合されている前記リンク駆動部によって移送される駆動スライダーと、
   前記リンクの第３領域に前記接触スライダーの移動方向と垂直な方向に移動可能に設けられた補助スライダーと、
   ステージ方向と平行に、かつ前記ベースに対して支持されて前記接触スライダーを案内する固定型ガイドと、
   前記ベースに対して移動可能に設けられ前記駆動スライダーを案内する移動型ガイドと、
   前記ベースに対して支持されて前記補助スライダーを案内する固定型補助ガイドと、
   を含むステージ装置において、
   前記リンク駆動部が、前記移動型ガイドを介して前記駆動スライダーを移送することによって前記リンクの第２領域を移動させ、該リンクの第２領域の移動により、前記リンクの第１領域に設けられた前記接触スライダーが、前記固定型ガイドに案内されることによりステージ方向に移動し、前記ステージに接触することにより前記ステージが移動することを特徴とするステージ装置。
2. 前記各駆動ユニットは、前記ベース及び前記ステージに結合されて前記リンクの第１領域が前記ステージを加圧する方向の反対方向に弾性力を提供する弾性部材をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のステージ装置。
3. 前記弾性部材は、前記ステージが前記リンクの第１領域に対して接触可能なように弾性力を提供することを特徴とする、請求項２に記載のステージ装置。
4. 前記複数の駆動ユニットは、第１駆動ユニット、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットを含み、
   前記第１駆動ユニットは、前記ステージの第１端部に接触可能に設けられ、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットは、前記ステージの第１端部と垂直をなす前記ステージの第２端部に接触可能に設けられたことを特徴とする、請求項１に記載のステージ装置。
5. 前記複数の駆動ユニットは、第１駆動ユニット、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットを含み、
   前記第１駆動ユニットは、前記ステージの第１端部に接触可能に設けられ、第２駆動ユニット及び第３駆動ユニットは、前記ステージの第１端部と垂直をなす前記ステージの第２端部に接触可能に設けられたことを特徴とする、請求項２に記載のステージ装置。
6. 前記リンク駆動部は、駆動モータと、一側が前記移動型ガイドに結合され他側が前記駆動モータによって移動可能に設けられたロッドとを含むことを特徴とする、請求項１に記載のステージ装置。

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