KR100428052B1 - Long range Stage using double H frame with I bar - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 장비 혹은 측정장비의 평면운동을 위해 사용되는 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 I형 빔으로 구성된 이중 H프레임을 이용하여 시스템의 뒤틀림에 대한 강성을 높이고 높이를 낮게 하였으며, 다자유도 공기베어링을 설치하여 운동의 안정성을 향상시키고, 대칭형 구조를 사용하여 힘의 효율을 증가시키며 열적 변형을 최소화 한 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 관한 것이다. 이를 위해 시편이송부를 이송하는 평면 스테이지에 있어서, 제1방향 운동을 위한 공기베어링이 구비되며 위치 측정을 위한 측정거울을 갖는 시편이송부; 상기 시편이송부가 장착되는 복수개의 I형빔으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔은 제1 선형모터의 자석, 공기베어링 및 제2선형모터 코일부가 설치되는 창구조의 프레임; 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 프레임을 이송하기 위해 제2 선형모터의 자석이 배치되고 스토퍼가 설치되는 가이드바; 및 상기 시편이송부, 프레임 및 가이드바가 장착되는 평판인 베이스를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지가 제공된다.The present invention relates to a stage used for planar motion of a semiconductor device or a measuring device, and more particularly, by using a double H frame composed of I-beams, the rigidity of the system is increased and the height is lowered. The present invention relates to a long-stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam with air bearings to improve the stability of motion, increase the efficiency of the force by using a symmetrical structure, and minimize thermal deformation. To this end, the plane stage for transporting the specimen transfer unit, the air bearing for the first direction movement is provided with a specimen transfer unit having a measuring mirror for position measurement; It consists of a plurality of I-beams mounted on the specimen transfer unit, the pair of I-beams frame of the window structure is provided with a magnet of the first linear motor, the air bearing and the second linear motor coil; A guide bar on which a magnet of the second linear motor is disposed and a stopper is installed to move the frame in a second direction perpendicular to the first direction; And a long stroke stage using a double H structure consisting of an I-shaped beam, characterized in that it comprises a base which is a flat plate on which the specimen transfer unit, the frame and the guide bar is mounted.
Description
본 발명은 반도체 장비 혹은 측정장비의 평면운동을 위해 사용되는 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 I형 빔으로 구성된 이중 H프레임을 이용하여 시스템의 뒤틀림에 대한 강성을 높이고 높이를 낮게 하였으며, 다자유도 힌지를 갖는 자유 공기베어링을 설치하여 운동의 안정성을 향상시키고, 대칭형 구조를 사용하여 힘의 효율을 증가시키며 열적 변형을 최소화 한 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 관한 것이다.The present invention relates to a stage used for planar motion of a semiconductor device or a measuring device, and more particularly, by using a double H frame composed of I-beams, the rigidity of the system is increased and the height is lowered. The present invention relates to a long-stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam with a hinge free to improve the stability of the motion, increase the efficiency of the force by using a symmetrical structure, and minimize thermal deformation.
특히, 본 발명은 PDP 측정장비, 마이크로스코프, 포토리소그라프 등에 사용이 가능하다.In particular, the present invention can be used in PDP measuring equipment, microscopes, photolithography and the like.
마이크로스코프에서 시편을 이송하기 위한 스테이지의 구동방법으로 반응속도가 빠르고 정밀구동이 가능한 피에조(PZT)를 이용하는 경우가 많았다. 그러나PZT의 운동량이 1nm~10㎛로 제한되어 있고, 증폭기 구조를 사용하더라도 수 백㎛정도 밖에 증폭을 할 수 없고 증폭기 구조 때문에 스테이지의 시스템이 복잡해진다. 따라서 수십~수백mm의 행정을 이동하기 위해서는 별도의 추가적인 구동시스템을 필요로 한다.In many cases, a piezo (PZT) was used as a method of driving a stage for conveying specimens in a microscope. However, the momentum of the PZT is limited to 1 nm to 10 μm, and the amplifier structure can only amplify only a few hundred μm, which makes the stage system complicated. Therefore, in order to move the stroke of several tens to hundreds of millimeters, a separate additional driving system is required.
회전모터와 볼 스크류 등의 리니어 가이드를 이용하는 경우에는 장행정의 움직임에는 문제가 없으나 마찰로 인하여 정밀도가 저하되고 유지, 보수가 힘들고 소음과 환경오염 등의 문제점이 있다. 이외에도 시스템의 구조적 특성상 반응속도 및 운동속도에 한계가 있고, 예상치 못한 평면 및 수직방향 운동이 발생하는 문제가 있었다.In the case of using a linear guide, such as a rotary motor and a ball screw, there is no problem in the movement of the long stroke, but the precision is lowered due to friction, difficult to maintain and repair, and noise and environmental pollution. In addition to the structural characteristics of the system there is a limit in the reaction speed and the movement speed, there was a problem that unexpected plane and vertical movement occurs.
한편, 종래의 스테이지 시스템에서 사용하는 선형모터는 크게 코어가 없는것, 코어가 있는 것, 슬롯이라 불리는 자속밀도를 증가시키는 구조가 있는 것으로 구분된다.On the other hand, the linear motor used in the conventional stage system is largely divided into the absence of a core, the presence of a core, and the structure of increasing the magnetic flux density called a slot.
코어가 없는 것은 코일만 움직이므로 무게가 가벼워 빠른 운동이 가능하나 자석과 요크로 구성되어지는 자속 유지부 필요하며 그에 따라 시스템이 복잡하게된다. 또한, 코일의 주위를 자속 유지부가 둘러싸고 있어 열방산에 대한 문제를 갖고 있다. 코어가 있고 슬롯이 없는 시스템은, 코어가 없는 시스템보다 구조가 간단하여지나 코어와 자석간의 인력으로 설치가 곤란하고 또한 오작동을 발생하기 쉬우며, 요크를 필요로 하므로 중량이 커지게 된다. 코어가 있고 슬롯이 있는 시스템은, 힘의 효율을 높일 수 있으나 자석과 코어 사이의 인력에 의한 영향과 자석과 슬롯사이에서 시스템의 선형운동을 방해하는 운동이 발생한다.Without the core, only the coil is moving, so it is light in weight, so it is possible to move quickly, but a magnetic flux holding part composed of a magnet and a yoke is required, and the system is complicated. Moreover, the magnetic flux holding part surrounds the coil circumference and has a problem with heat dissipation. Coreless and slotless systems are simpler in structure than coreless systems, but are difficult to install due to the attraction between the core and the magnet, are prone to malfunctions, and require a yoke, resulting in increased weight. A coreed and slotted system can increase the efficiency of the force, but the effects of the attractive force between the magnet and the core and the movement of the system between the magnet and the slot interfere with the linear motion.
선형모터와 더불어 축방향운동을 안내하는 가이드 시스템으로 공기베어링을 사용하는 경우에 USP 5,760,564와 같은 시스템은 평면운동을 할 때 베어링 가이드를 밖으로 고정함으로써 장행정을 갖는 시스템의 경우 길고 큰 베어링 고정시스템을 사용하여야 하므로 시스템이 복잡하여지고, 중량이 커지는 문제가 있었다.In the case of using air bearings as a guide system to guide axial movements in addition to linear motors, systems such as USP 5,760,564 lock out the bearing guides during planar motions, thus providing long and large bearing fixing systems for long stroke systems. Since it has to be used, there is a problem that the system becomes complicated and the weight becomes large.
또한, 종래의 일반적인 스테이지에서 2축 평면운동을 구현하기 위해서는 1축운동 시스템을 적층식으로 결합하여 만들었으므로 스테이지의 크기가 커지고, 장행정을 이동하는 스테이지 시스템에서는 스테이지 시스템의 강성을 높이기 위해 두꺼운 재질을 사용하므로 전체 시스템의 중량이 커지는 문제점이 있었다.In addition, in order to implement biaxial planar motion in a conventional general stage, since the monoaxial motion system is made by stacking, the size of the stage is increased, and in the stage system that moves the long stroke, a thick material is used to increase the rigidity of the stage system. Since there was a problem that the weight of the entire system becomes large.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 I형빔으로 구성된 이중 H프레임을 이용하여 스테이지를 구현함으로써 시스템의 무게를 줄여 빠른 운동을 가능케하고 힘의 효율을 증가시키며, 시스템의 크기를 작게 하였고, 대칭형 구조를 형성하여 시스템의 강성을 크게하여 뒤틀림이 발생하는 것을 방지하고 열적 변형에도 강한 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지를 제공하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention by implementing a stage using a double H-frame consisting of an I-beam to reduce the weight of the system to enable fast movement and increase the efficiency of the force, To reduce the size of the system, to form a symmetrical structure to increase the rigidity of the system to prevent distortion and to provide a long-stroke stage using a double H structure consisting of an I-type beam that is also resistant to thermal deformation.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 평면운동을 하는 스테이지에 있어서, 양측에 제1방향 운동을 위한 복수개의 제1선형모터 코일부(13) 및 마찰을 방지하기 위한 복수개의 공기베어링(15, 16)이 구비되며, 상부면에 위치 측정을 위한 측정거울(18)을 갖고 하부면에 복수개의 제1공기베어링(17)이 구비된 시편이송부 (10); 상기 시편이송부 (10)가 장착되며 4각의 창구조를 형성하는 복수개의I형빔(21)으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부(24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제2공기베어링(31)을 구비한 창구조의 프레임(20); 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 프레임(20)을 이송하기 위해 일면에 제2선형모터 자석(25)이 배치되고 양단에 스토퍼(42)가 설치되는 한 쌍의 빔으로 이루어지는 가이드바(40a, 40b); 및 상기 시편이송부(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 의해 달성될 수 있다.The object of the present invention as described above, in the stage to planar motion, a plurality of first linear motor coil portion 13 for the first direction movement on both sides and a plurality of air bearings (15, 16) to prevent friction A specimen conveying part 10 having a measuring mirror 18 for measuring a position on an upper surface thereof and having a plurality of first air bearings 17 on a lower surface thereof; The specimen transfer part 10 is mounted and consists of a plurality of I-shaped beams 21 forming a quadrangular window structure, wherein the pair of I-shaped beams 21 have a first linear motor magnet 14 on one side thereof. ) Is disposed, and the other pair of I-beams 21 positioned perpendicular to the pair of I-beams 21 have a plurality of air bearings 29 and 30 and a second linear motor coil portion 24 on each side thereof. ) Is installed, the frame 20 of the window structure having a plurality of second air bearings 31 in the lower portion; A guide bar made up of a pair of beams in which a second linear motor magnet 25 is disposed on one surface and a stopper 42 is installed at both ends to transfer the frame 20 in a second direction perpendicular to the first direction. 40a, 40b; And a double H structure composed of an I-type beam, characterized in that it comprises a base 50, which is a flat plate on which the specimen transfer part 10, the frame 20, and the guide bars 40a and 40b are mounted. It can be achieved by a stroke stage.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제1 및 제2선형모터 자석(14, 25)의 배열은 Halbach 자석 배열인 것이 바람직하다.Further, in order to achieve the object of the present invention, the arrangement of the first and second linear motor magnets 14 and 25 is preferably a Halbach magnet arrangement.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 시편이송부(10) 및 상기 프레임(10)은, 가이드 수단의 평행이 일정치수만큼 어긋난 경우에도 선형운동을 할 수 있도록, 일측에 복수개의 예압 공기베어링(15, 29)이 설치되고 대향하는 타측에는 다자유도의 힌지(62)를 갖는 복수개의 자유 공기베어링(16, 30)이 설치되는 것이 바람직하다.In addition, in order to achieve the object of the present invention, the specimen transfer unit 10 and the frame 10, a plurality of preload air on one side so that the linear movement can be performed even when the parallelism of the guide means is shifted by a certain dimension It is preferable that a plurality of free air bearings 16, 30 having a hinge 62 of multiple degrees of freedom are provided on the other side where the bearings 15, 29 are opposed to each other.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 제1 및 제2선형모터의 코일부 (13, 24)의 일측에는 열방산을 위한 열분산 장치(64)가 더 구비되는 것이 바람직하다.In addition, in order to achieve the object of the present invention, it is preferable that a heat dissipation device 64 for heat dissipation is further provided on one side of the coil parts 13 and 24 of the first and second linear motors.
또한, 본 발명의 목적은, 평면운동을 하는 스테이지에 있어서, 양측에 제1방향 운동을 위한 복수개의 제1선형모터 코일부(13) 및 마찰을 방지하기 위한 복수개의 공기베어링(15, 16)이 구비되며, 하부면에 복수개의 제1공기베어링(17)이 구비된 시편이송부 (10); 상기 시편이송부(10)가 장착되며 4각의 창구조를 형성하는 복수개의 I형빔(21)으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부(24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제2공기베어링(31)을 구비한 창구조의 프레임(20); 상기 시편이송부(10) 및 프레임(20)의 위치 결정을 위해 격자판(44)과 광센서(45)로 구성된 선형스케일러(46); 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 프레임(20)을 이송하기 위해 일면에 제2선형모터 자석(25)이 배치되고 양단에 스토퍼(42)가 설치되는 한 쌍의 빔으로 이루어지는 가이드바(40a, 40b); 및 상기 시편이송부(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, an object of the present invention, in the stage to planar motion, a plurality of first linear motor coil portion 13 for the first direction movement on both sides and a plurality of air bearings (15, 16) for preventing friction It is provided, the specimen transfer unit 10 is provided with a plurality of first air bearings 17 on the lower surface; The specimen transfer part 10 is mounted and consists of a plurality of I-shaped beams 21 to form a quadrangular window structure, wherein the pair of I-shaped beams 21 have a first linear motor magnet 14 on one side thereof. ) Is disposed, and the other pair of I-beams 21 positioned perpendicular to the pair of I-beams 21 have a plurality of air bearings 29 and 30 and a second linear motor coil portion 24 on each side thereof. ) Is installed, the frame 20 of the window structure having a plurality of second air bearings 31 in the lower portion; A linear scaler (46) consisting of a grating plate (44) and an optical sensor (45) for positioning the specimen transfer part (10) and the frame (20); A guide bar made up of a pair of beams in which a second linear motor magnet 25 is disposed on one surface and a stopper 42 is installed at both ends to transfer the frame 20 in a second direction perpendicular to the first direction. 40a, 40b; And a double H structure composed of an I-type beam, characterized in that it comprises a base 50, which is a flat plate on which the specimen transfer part 10, the frame 20, and the guide bars 40a and 40b are mounted. It can also be achieved by a stroke stage.
또한, 본 발명의 목적은, 평면운동을 하는 스테이지에 있어서, 양측에 제1방향 운동을 위한 복수개의 제1선형모터 코일부(13) 및 합성수지로 된 제1안내면(35)이 구비되며, 상부면에 위치 측정을 위한 측정거울(18)을 갖는 시편이송부(10); 상기 시편이송부(10)가 장착되며 4각의 창구조를 형성하는 복수개의 I형빔(21)으로서, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측면에 제1 선형모터 자석(14)이 배치되고타측면에 마찰을 감소시키는 합성수지로 된 제2안내면(36)이 구비되며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제2 선형모터 코일부(24) 및 합성수지로 된 제3안내면(37)이 설치되는 창구조의 프레임(20); 상기 제1방향과 직교하는 제2방향의 프레임(20) 운동을 위해 일측면에 제2선형모터 자석(25)이 구비되고 타측면에는 합성수지로 된 제4안내면(38)이 구비되며, 양단에 스토퍼(42)가 설치되는 한 쌍의 빔으로 이루어지는 가이드바(40a, 40b); 및 상기 시편이송부(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 상부면에 배치되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 의해서도 달성될 수 있다.In addition, an object of the present invention, in the stage to planar motion, a plurality of first linear motor coil portion 13 and the first guide surface 35 made of synthetic resin for the first direction movement is provided on both sides, Specimen transfer unit 10 having a measuring mirror 18 for measuring the position on the surface; A plurality of I-beams 21 are mounted on the specimen transfer part 10 and form a quadrangular window structure. The pair of I-beams 21 has a first linear motor magnet 14 on one side thereof. And a second guide surface 36 made of synthetic resin to reduce friction on the other side, and the other pair of I-beams 21 positioned perpendicular to the pair of I-beams 21 on each side. A frame 20 having a window structure in which a second linear motor coil part 24 and a third guide surface 37 made of synthetic resin are installed; The second linear motor magnet 25 is provided on one side for the movement of the frame 20 in the second direction orthogonal to the first direction, and the fourth guide surface 38 made of synthetic resin is provided on the other side, and on both ends. Guide bars 40a and 40b formed of a pair of beams on which the stoppers 42 are installed; And a base 50, which is a flat plate on which the specimen transfer part 10, the frame 20, and the guide bars 40a and 40b are disposed on an upper surface. It can also be achieved by a long stroke stage using.
본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.Other objects, specific advantages and novel features of the invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 사시도,1 is a perspective view of a long stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam according to a first embodiment of the present invention,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 평면도,2 is a plan view of a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to a first embodiment of the present invention;
도 3은 도 2의 자유 공기베어링의 다자유도 힌지를 나타낸 단면도,3 is a cross-sectional view showing a multiple degree of freedom hinge of the free air bearing of FIG.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 배면도,4 is a rear view of a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to a first embodiment of the present invention;
도 5는 도 4의 A부분의 확대도,5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4;
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 열분산 장치가 장착된 선형모터 코일부를 나타낸 사시도,6 is a perspective view showing a linear motor coil unit equipped with a heat dissipation device of a long stroke stage using a double H structure composed of an I-shaped beam according to a second embodiment of the present invention;
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지를 나타낸 사시도,7 is a perspective view showing a long stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam according to a third embodiment of the present invention;
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지를 나타낸 배면도이다.8 is a rear view showing a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to a fourth embodiment of the present invention.
* 주요 도면 부호의 설명 *Explanation of the Main References
10: 시편이송부 13: 제1선형모터 코일부10: Specimen Transfer Unit 13: First Linear Motor Coil Unit
14: 제1선형모터 자석 15: 제1예압 공기베어링14: first linear motor magnet 15: first preload air bearing
16: 제1자유 공기베어링 20: 프레임16: 1st free air bearing 20: Frame
21: I형빔 24: 제2선형모터 코일부21: I-beam 24: second linear motor coil portion
25: 제2선형모터 자석 40a,40b: 가이드바25: 2nd linear motor magnet 40a, 40b: guide bar
42: 스토퍼 50: 베이스42: stopper 50: base
63: 구동코일63: drive coil
(예압 공기베어링의 심화 설명)(Detailed explanation of preloaded air bearing)
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 구성에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration of a long stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam according to the present invention.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 사시도, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 평면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지는 시편이송부(10), 제1 및 제2선형모터부(12, 23), 프레임(20), 가이드바(40a, 40b) 및 베이스(50)로 구성된다.1 is a perspective view of a long stroke stage using a double H structure composed of an I type beam according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a double H structure composed of an I type beam according to the first embodiment of the present invention. It is a top view of the long stroke stage. As shown in FIGS. 1 and 2, the stage includes a specimen transfer part 10, first and second linear motor parts 12 and 23, a frame 20, guide bars 40a and 40b, and a base 50. It is composed of
베이스(50)는 사각의 평판이며, 베이스(50)의 상부면 양측에 가이드바(40a, 40b)가 장착되고, 베이스(50)의 상부면 중 가이드바(40a, 40b)의 사이에 프레임(20)이 장착되며, 상기 프레임(20)에 의해 형성되는 안쪽 공간에 시편이송부 (10)가 장착된다.The base 50 is a rectangular flat plate, and the guide bars 40a and 40b are mounted on both sides of the upper surface of the base 50, and the frame (between the guide bars 40a and 40b among the upper surfaces of the base 50). 20) is mounted, the specimen transfer unit 10 is mounted in the inner space formed by the frame (20).
제1 및 제2선형모터부(12, 23)는 제1 및 제2선형모터 코일부(13, 14)와 제1 및 제2선형모터 자석(14, 25)으로 이루어지며, 시편이송부(10)와 프레임 (20)의 접촉부분 및 프레임(20)과 가이드바(40a, 40b)의 접촉부분에 장착된다. 전체가 결합했을때의 스테이지의 치수는 약 600mm ×600mm ×106mm 정도가 된다.The first and second linear motor parts 12 and 23 are composed of the first and second linear motor coil parts 13 and 14 and the first and second linear motor magnets 14 and 25, and the specimen transfer part ( 10) and the contact portion of the frame 20 and the contact portion of the frame 20 and the guide bar (40a, 40b). When the whole is combined, the size of the stage is about 600 mm x 600 mm x 106 mm.
시편이송부(10)는 사각의 평판으로, 시편이송부(10)의 상부면 중앙에는 작업대상인 시편(미도시)이 놓여지는 사각의 시편이송판(11)이 장착되며, 시편이송판 (11)의 상부 일측에는 광센서(미도시)를 사용하여 시편이송부(10)의 위치를 측정하기 위한 측정거울(18)이 설치된다.The specimen transfer part 10 is a rectangular flat plate, and a square specimen transfer plate 11 on which a specimen (not shown) as a work target is placed is mounted at the center of the upper surface of the specimen transfer part 10, and a specimen transfer plate 11 At one side of the upper side, a measuring mirror 18 for measuring the position of the specimen transfer unit 10 using an optical sensor (not shown) is installed.
시편이송부(10)의 하부면 네 모서리에는, 시편이송부(10)가 베이스(50) 위를 이동할 때 서로간 마찰을 감소시키기 위해, 4개의 제1공기베어링(17)이 설치되어 있다.Four first air bearings 17 are provided at four corners of the lower surface of the specimen conveyance part 10 to reduce friction between each other when the specimen conveyance part 10 moves on the base 50.
시편이송부(10)의 양측단에는 각각 시편이송부(10)가 프레임(20)상에서 y축방향 운동을 할 수 있도록 제1선형모터 코일부(13), 제1예압 공기베어링(15) 및 제1자유 공기베어링(16)이 설치되어 있다.The first linear motor coil unit 13, the first preload air bearing 15, and the first linear motor coil 15 are respectively provided at both ends of the specimen transport unit 10 so that the specimen transport unit 10 may move in the y-axis direction on the frame 20. The first free air bearing 16 is provided.
제1선형모터 코일부(13)는 프레임(20)에 배치된 제1선형모터 자석(14)과의사이에서 자기력을 발생시켜 y축방향 운동에 필요한 구동력을 발생하는 수단으로, 평판이 수평으로 일정길이만큼 연장되다가 90도로 절곡되어 연장된 형상으로, 수평으로 연장된 부분이 시편이송부(10)의 측단에 결합되며 수직하방으로 연장된 부분의 안쪽에는 구동코일(63)이 구비되어 있다.The first linear motor coil unit 13 is a means for generating a magnetic force between the first linear motor magnet 14 disposed in the frame 20 to generate a driving force necessary for y-axis movement. It extends by a certain length and is bent to 90 degrees to extend the shape, the horizontally extending portion is coupled to the side end of the specimen transfer portion 10, the driving coil 63 is provided inside the vertically extending portion.
제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)은 프레임(20) 상에서 시편이송부 (10)의 운동을 안내하기 위한 것으로, 시편이송부(10)의 일측면에서 시편이송부 (10)에 고정되어 상대운동이 불가능한 제1예압 공기베어링(15) 2개가 장착되며, 타측면에는 시편이송부에 대하여 상대운동이 가능하도록 다자유도의 힌지(62)를 통해 시편이송부(10)와 결합된 제1자유 공기베어링(16) 1개가 장착된다.The first preload and the first free air bearings 15 and 16 are for guiding the movement of the specimen conveying part 10 on the frame 20, and the specimen conveying part 10 on one side of the specimen conveying part 10. Two first preloaded air bearings (15) fixed to and mounted on the other side are impossible, and coupled to the specimen transfer part (10) through the hinge (62) of multiple degrees of freedom to allow relative movement with respect to the specimen transfer part on the other side. One first free air bearing 16 is mounted.
도 3은 도 2의 자유 공기베어링의 다자유도 힌지를 나타낸 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 다자유도 힌지(62)는 볼(60)과 볼지지부(61)로 이루어지고, 볼지지부(61)에 대하여 볼(60)이 다자유도의 변위가 가능하다.3 is a cross-sectional view showing the multiple degree of freedom hinge of the free air bearing of FIG. As shown in FIG. 3, the multiple degree of freedom hinge 62 is formed of a ball 60 and a ball support 61, and the ball 60 may have a multiple degree of freedom with respect to the ball support 61.
측정거울(18)은 광센서(미도시)가 주사한 레이저빔을 반사시켜 스테이지의 위치정보를 측정하기 위한 것으로 열변형을 최소화 할 수 있는 열팽창계수가 작은 VM glass사의 zerodue라는 제품을 사용한다.The measuring mirror 18 is for measuring the position information of the stage by reflecting the laser beam scanned by the optical sensor (not shown), and uses a product called VM glass company's zerodue having a small thermal expansion coefficient that can minimize thermal deformation.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 배면도이다. 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 프레임(20)은 4개의 I형빔(21)이 각각 수직하게 결합되어 4각의 창구조를 이루는 것으로서 각각의 I형빔(21)은 창구조의 내측과 외측에 I형빔의 함몰부(22a, 22b)가 위치하도록 결합되어 있다.4 is a rear view of a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to the first embodiment of the present invention. As shown in Figs. 2 and 4, the frame 20 has four I-beams 21 vertically coupled to each other to form a quadrangular window structure. Each I-beam 21 has an inner side and an outer side of the window structure. The depressions 22a and 22b of the I-beam are coupled to each other.
프레임 (20)의 4개의 모서리에는 x축 또는 y축방향의 평면운동시 베이스(50)로부터의 마찰을 줄이기 위해 제2공기베어링(31)이 설치되어 있다. 이때 제2공기베어링(31)은 예압베어링을 사용하여 프레임(20)의 상하 유동을 제어하여 준다.Four corners of the frame 20 are provided with a second air bearing 31 to reduce friction from the base 50 during planar movement in the x- or y-axis direction. At this time, the second air bearing 31 controls the vertical flow of the frame 20 by using the preload bearing.
4개의 I형빔(21) 중에서, 대향하는 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 외측 함몰부 (22a)에 시편이송부(10)의 y축방향 운동을 위한 제1선형모터 자석(14)이 일렬로 배치되어 있고 내측 함몰부(22b)는 시편이송부(10)에 결합된 제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)과 마주보게 되어 시편이송부(10)의 y축방향 운동을 안내한다.Among the four I-beams 21, a pair of opposing pairs of I-beams 21 have a first linear motor magnet 14 for y-axis movement of the specimen transfer section 10 to each outer depression 22a. The inner depressions 22b are arranged in a line and face the first preload and the first free air bearings 15 and 16 coupled to the specimen transfer section 10 so that the y-direction direction of the specimen transfer section 10 is provided. Guide the exercise.
따라서 시편이송부(10)는 4각의 프레임(20)의 안쪽에 위치하고, 시편이송부 (10)에 설치된 제1선형모터 코일부(13)의 수평부분이 상기 프레임(20)의 I형빔(21)의 일부를 위에서 덮고, 제1선형모터 코일부(13)의 수직으로 연장된 부분이 상기 I형빔(21)의 외측에 배치된 제1선형모터 자석(14)과 마주보게 된다.Therefore, the specimen transfer part 10 is located inside the quadrangular frame 20, and the horizontal portion of the first linear motor coil part 13 installed in the specimen transfer part 10 is the I-beam of the frame 20. A part of 21 is covered from above, and a vertically extending portion of the first linear motor coil part 13 faces the first linear motor magnet 14 disposed outside the I-beam 21.
다른 한 쌍의 I형빔(21)의 상부면에는 프레임(20)이 가이드바(40a, 40b) 상에서 x축 운동을 하기 위한 구동력을 제공하기 위해 제2선형모터 코일부(24)가 각각 장착되어 있다.On the upper surface of the other pair of I-shaped beams 21, the second linear motor coil 24 is mounted to provide the driving force for the x-axis movement of the frame 20 on the guide bars 40a and 40b, respectively. have.
상기 제2선형모터 코일부(24)가 설치된 2개의 I형빔(21) 중에서, 시편이송부 (10)의 x축방향 운동을 안내하기 위한 기준으로 설정한 가이드바(40b)에 인접하는 I형빔(21)의 외측면에는 2개의 제2예압 공기베어링(29)이 장착되고, 상기 I형빔 (21)과 대향하여 위치하는 I형빔(21)의 외측면에는 다자유도 힌지(62)에 결합된 1개의 제2자유 공기베어링(30)이 장착된다.Of the two I-shaped beams 21 provided with the second linear motor coil part 24, the I-beam adjacent to the guide bar 40b set as a reference for guiding the x-axis movement of the specimen transfer part 10. Two second preloaded air bearings 29 are mounted on the outer side of the 21 and coupled to the multiple degree of freedom hinge 62 on the outer side of the I-beam 21 positioned opposite the I-beam 21. One second free air bearing 30 is mounted.
프레임(20)에 설치된 제2선형모터 코일부(24) 또한 시편이송부(10)에 결합된제1선형모터 코일부(13)와 유사하게 평판이 90도로 절곡된 형상으로 I형빔(21)의 상부면에서 수평으로 일정길이 연장되다가 수직하방으로 절곡되어 연장된다. 수직하방으로 연장된 부분의 안쪽에 구동코일(63)이 구비되어 있다.Similar to the first linear motor coil unit 13 coupled to the specimen transfer unit 10, the second linear motor coil unit 24 installed on the frame 20 has a flat plate bent at 90 degrees to form the I-beam 21. The length is extended horizontally from the upper surface of the bent and extended vertically downward. The drive coil 63 is provided inside the vertically extending portion.
가이드바(40a, 40b)는, 프레임(20)의 x축방향 운동을 안내하기 위한 것으로서, 프레임(20)을 구성하는 I형빔(21)보다 길고 내측에 평면가공이 된 빔으로서 베이스(50)의 상부면 양측단에 2개가 각각 대향하여 위치한다. 각각의 가이드바(40a, 40b)의 외측면에는 제2선형모터 자석(25)이 일렬로 배치되어 있고 가이드바(40a, 40b)의 양단에 프레임(20)의 x축방향 운동범위의 이탈을 방지하기 위한 스토퍼(42)가 설치되어 있다.The guide bars 40a and 40b are for guiding the x-axis movement of the frame 20, and are longer than the I-beam 21 constituting the frame 20 and are planarly processed inside the base 50. The two are respectively opposite to the upper side of the two sides. The second linear motor magnets 25 are arranged in a row on the outer surface of each of the guide bars 40a and 40b, and the deviation of the movement range of the frame 20 in the x-axis direction is provided at both ends of the guide bars 40a and 40b. A stopper 42 for preventing is provided.
프레임(20)은 2개의 가이드바(40a, 40b) 사이에 위치하게 되며, 프레임(20)에 설치된 제2선형모터 코일부(24)의 수평부분이 상기 가이드바(40a, 40b)의 일부를 위에서 덮고, 제2선형모터 코일부(24)의 수직으로 연장된 부분이 상기 가이드바(40a, 40b)의 외측에 배치된 제2선형모터 자석(25)과 마주보게 된다.The frame 20 is positioned between the two guide bars 40a and 40b, and the horizontal portion of the second linear motor coil part 24 installed in the frame 20 forms a part of the guide bars 40a and 40b. Covered from above, a vertically extending portion of the second linear motor coil part 24 faces the second linear motor magnet 25 disposed outside the guide bars 40a and 40b.
도 5는 도 4의 A부분의 확대도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제2선형모터부(23)를 구성하는 제2선형모터 자석(25) 및 구동코일(63) 그리고 자석(25)의 자기력선(64)이 도시되어 있다.5 is an enlarged view of a portion A of FIG. 4. As shown in FIG. 5, the second linear motor magnet 25, the driving coil 63, and the magnetic force line 64 of the magnet 25 constituting the second linear motor part 23 are illustrated.
제2선형모터 자석(25a, 25b, 25c)의 배열은 보다 높은 자속 밀도를 얻을 수 있는 Halbach 자석배열을 사용하였으며 이는 USP 6,057,656 등을 통하여 알려져 있다. Halbach 자석배열의 특징은 기존 선형모터에서 자속의 흐름을 원활하게 하는데 사용하는 요크를 상하의 자속분포를 갖는 자석(25a, 25b)들 가운데 위치한 자석(25c)들이 대체하게 되어 높은 자속 밀도를 얻으면서도 중량을 줄일 수 있다.The arrangement of the second linear motor magnets 25a, 25b, and 25c uses a Halbach magnet array which can obtain a higher magnetic flux density, which is known from USP 6,057,656. The characteristic of Halbach magnet array is to replace the yoke that is used to smooth the flow of magnetic flux in the linear motor, and to replace the magnets 25c located among the magnets 25a and 25b having the upper and lower magnetic flux distribution, thereby obtaining high magnetic flux density and weight. Can be reduced.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 열분산 장치가 장착된 선형모터 코일부를 나타낸 사시도이다.6 is a perspective view showing a linear motor coil unit equipped with a heat dissipation device of a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예는, 본 발명의 제1실시예의 제1 및 제2선형모터 코일부 (13, 24)에 열분산 장치(64)가 더 구비된 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2선형모터 코일부(13, 24)에서 발생하는 열을 흡수하기 위해 제1 또는 제2선형모터 코일부(13, 24)의 상부면에 냉각수 파이프(65)를 내장한 열분산 장치(64)가 장착되어 있다. 냉각수 파이프(65)의 양단은 고무튜브(66)로 연장되어 제1 또는 제2선형모터 코일부(13, 24)가 이동할때 고무튜브(66)가 구부러질 수 있도록 되어 있다.In the second embodiment of the present invention, the heat dissipation device 64 is further provided in the first and second linear motor coil parts 13 and 24 of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, a coolant pipe is provided on an upper surface of the first or second linear motor coil parts 13 and 24 to absorb heat generated from the first or second linear motor coil parts 13 and 24. A heat dissipation device 64 incorporating 65 is mounted. Both ends of the coolant pipe 65 extend to the rubber tube 66 so that the rubber tube 66 may be bent when the first or second linear motor coil parts 13 and 24 move.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지를 나타낸 사시도이다. 본 발명의 제3실시예는 위치제어를 위한 시편이송부(10)의 측정거울(18)을 대신하여 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)에 선형스케일러(46)를 설치한 것이다.7 is a perspective view showing a long stroke stage using a double H structure consisting of an I-beam according to a third embodiment of the present invention. In the third embodiment of the present invention, the linear scaler 46 is installed in the frame 20 and the guide bars 40a and 40b in place of the measuring mirror 18 of the specimen transfer unit 10 for position control.
도 7에 도시된 바와 같이, 1개의 가이드바(40b)의 상부면에 격자의 골이 파진 격자판(44)이 구비되고, 상기 가이드바(40b) 상부에 위치하는 제2선형모터 코일부(24)의 일측에 광센서(45)가 설치되어 프레임(20)이 가이드바(40a, 40b) 상에서 이동할때 프레임의 위치를 추적하여 위치제어를 할 수 있도록 한다. 선형스케일러(46)는 Heidenhein사의 선형스케일러를 사용하였다.As shown in FIG. 7, a grating plate 44 having a grating of a grating is provided on an upper surface of one guide bar 40b, and a second linear motor coil 24 positioned on the guide bar 40b. The optical sensor 45 is installed on one side of the) so that the position of the frame can be controlled by tracking the position of the frame when the frame 20 moves on the guide bars 40a and 40b. The linear scaler 46 used Heidenhein's linear scaler.
시편이송부(10)의 1개의 제1선형모터 코일부(13)에도 광센서(45)가 설치되며, 상기 제1선형모터 코일부(13) 하부에 위치하는 I형빔(21)의 상부면에도 상기 격자판(44)이 구비된다.An optical sensor 45 is also installed in one of the first linear motor coil parts 13 of the specimen transfer part 10, and an upper surface of the I-beam 21 positioned below the first linear motor coil part 13. In addition, the grating plate 44 is provided.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지를 나타낸 배면도이다. 본 발명의 제4실시예는 시편이송부(10) 및 프레임(20)의 평면운동을 안내하는 수단으로서 공기베어링 대신 합성수지 안내면을 이용한 것이다.8 is a rear view showing a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to a fourth embodiment of the present invention. The fourth embodiment of the present invention uses a synthetic resin guide surface instead of an air bearing as a means for guiding the planar movement of the specimen transfer unit 10 and the frame 20.
도 8에 도시된 바와 같이, 공기베어링을 대신하여 시편이송부(10)의 측면에 제1안내면(35)이 구비되고, 프레임(20)에서 상기 시편이송부(10)의 제1안내면(35)과 인접하는 한 쌍의 I형빔(21)의 내부 함몰부(22b)에 제2안내면(36)이 구비된다. 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 외측부에 제3안내면(37)이 구비되며, 상기 제3안내면(37)과 마주보는 각 가이드바 (40a, 40b)의 내측면에 제4안내면(38)이 구비된다. 상기 안내면(35, 36, 37, 38)들은 합성수지의 재질로 이루어진다.As shown in FIG. 8, the first guide surface 35 is provided on the side surface of the specimen transfer unit 10 instead of the air bearing, and the first guide surface 35 of the specimen transfer unit 35 in the frame 20 is provided. The second guide surface 36 is provided in the inner depression 22b of the pair of I-beams 21 adjacent to the? The other pair of I-beams 21 positioned perpendicular to the pair of I-beams 21 are provided with a third guide surface 37 on each outer side thereof, and each guide facing the third guide surface 37. The fourth guide surface 38 is provided on the inner surface of the bars 40a and 40b. The guide surfaces 35, 36, 37, 38 are made of a synthetic resin material.
이하에서는 본 발명에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 동작방법에 대해 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of operating a long stroke stage using a double H structure composed of an I-beam according to the present invention will be described.
첫째, 스테이지 선형모터부의 동작에 대해 설명한다.First, the operation of the stage linear motor unit will be described.
x축방향 운동을 위해 프레임(20)에 구동코일(63)을 갖는 제2선형모터 코일부 (24)가 결합되며 상기 제2선형모터 코일부(24)는 가이드바(40a, 40b)에 고정된 제2선형모터 자석(25)에 대해 상대적인 선형운동을 만들어낸다. 이 같은 제2선형모터 코일부(24) 및 제2선형모터 자석(25)으로 이루어지는 제2선형모터부(23)가 프레임(20)의 양쪽에 배치되기 때문에 더욱 큰 구동력을 만들어낼 수 있다.The second linear motor coil portion 24 having the driving coil 63 is coupled to the frame 20 for the x-axis movement, and the second linear motor coil portion 24 is fixed to the guide bars 40a and 40b. The linear motion relative to the second linear motor magnet 25 is generated. Since the second linear motor part 23 composed of the second linear motor coil part 24 and the second linear motor magnet 25 is disposed on both sides of the frame 20, a larger driving force can be produced.
y축방향 운동을 위한 제1선형모터부(12)는 시편이송부(10)의 양측에 구동코일(63)을 포함하는 제1선형모터 코일부(13)가 결합되며, 제1선형모터 자석(14)은 프레임(20)의 I형빔(21)에 고정되고 상기 구동코일(63)에 전류를 가함으로써 시편이송부(10)가 I형빔(21)의 내측 함몰부(22b)의 면을 따라 y축방향 운동을 얻게 된다.The first linear motor unit 12 for the y-axis movement is coupled to the first linear motor coil unit 13 including the drive coil 63 on both sides of the specimen transfer unit 10, the first linear motor magnet 14 is fixed to the I-beam 21 of the frame 20 and the specimen conveying portion 10 by applying a current to the drive coil 63 to the surface of the inner depression (22b) of the I-beam 21 Thus the y-axis movement is obtained.
둘째, 스테이지의 평면운동에 대해 설명한다.Second, the planar motion of the stage will be described.
시편이송부(10)의 x축방향 운동은 프레임(20)의 x축 방향 운동을 통해 이루어진다. 시편이송부(10)는 제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)을 통해 프레임 (20)과 약 50㎛정도의 간격을 갖고 x축방향으로 마주보고 위치되어 있기 때문에, y축방향의 외력이 작용하지 않는 이상 프레임(20)이 x축방향 운동을 할 경우 시편이송부(10)와 프레임(20)이 일체로 운동하게 된다. 따라서 x축방향 운동을 발생시키는 제2선형모터부(23)는 시편이송부(10)와 프레임(20)을 동시에 움직일 수 있는 구동력을 발생해야 한다.The x-axis movement of the specimen transfer unit 10 is made through the x-axis movement of the frame 20. Since the specimen transfer part 10 is positioned to face the x-axis direction at a distance of about 50 μm from the frame 20 through the first preload and the first free air bearings 15 and 16, the y-axis direction When the frame 20 moves in the x-axis direction unless the external force is applied, the specimen transfer part 10 and the frame 20 move together. Therefore, the second linear motor unit 23 for generating the x-axis motion should generate a driving force capable of simultaneously moving the specimen transfer unit 10 and the frame 20.
y축방향으로 시편이송부(10)를 이동시키고자 할 때는 프레임(20)은 이동하지 않고 단지 시편이송부(10)만 y축방향으로 이동하게 된다. 시편이송부(10)는 프레임 (20)을 구성하는 4개의 I형빔(21) 중에 제2선형모터부(23)가 위치하는 2개의 I형빔 (21)을 따라 운동하게 된다. 상기 2개의 I형빔(21)에 형성된 정밀한 표면가공이 된 내측 함몰부(22b)의 면을 시편이송부(10)에 장착된 제1예압 및 제1자유 공기베어링 (15, 16)이 인접하여 따라가면서 y축방향 운동을 생성한다.When the specimen transfer part 10 is to be moved in the y-axis direction, the frame 20 does not move but only the specimen transfer part 10 moves in the y-axis direction. The specimen transfer part 10 moves along two I-beams 21 in which the second linear motor part 23 is positioned among the four I-beams 21 constituting the frame 20. The first preload and the first free air bearings 15 and 16 mounted on the specimen transfer part 10 are adjacent to the surfaces of the inner recessed portion 22b formed with the precision surface processing formed on the two I-beams 21. Follow along to create y-axis motion.
셋째, 스테이지의 평면운동시 안내하는 수단의 동작에 대해 설명한다.Third, the operation of the guiding means in the plane motion of the stage will be described.
x축 또는 y축방향 운동을 안내하는 수단으로 3개의 공기베어링(15,16, 29, 30)과 2개의 가이드부를 갖는다. x축방향 운동을 안내하는 수단은 표면을 정밀하게 가공하여 기준면이 되는 가이드바(40b), 그 면을 따라가기 위한 2개의 제2예압 공기베어링(29), 기준이 되는 가이드바(40b)에서 이탈을 막고 x축방향 운동시 y축방향으로의 요동을 막는 다자유도 힌지(62)로 결합된 제2자유 공기베어링(30) 및 가이드바(40a)로 구성이 된다. 가이드바(40a, 40b)는 일반적으로 석정반으로 제작된다.It has three air bearings 15, 16, 29, 30 and two guides as a means for guiding the x-axis or y-axis movement. The means for guiding the x-axis movement is a guide bar 40b serving as a reference plane by precisely machining the surface, two second preloaded air bearings 29 to follow the plane, and a guide bar 40b serving as a reference. It is composed of a second free air bearing 30 and a guide bar 40a coupled to the multiple degree of freedom hinge 62 which prevents the departure and prevents the swing in the y-axis direction during the x-axis movement. Guide bars 40a and 40b are generally made of a stone plate.
기준면이 되는 가이드바(40b)에는 제2예압 공기베어링(29)을 사용하여 흔들림을 최소한으로 줄이면서 기준 가이드바(40b)를 따라 가도록 하고, 반대편에 위치하는 다자유도 힌지(62)를 갖는 제2자유 공기베어링(30)은 운동 중에 발생하는 위치오차를 감소시키면서 스테이지가 안정적인 운동을 할 수 있도록 한다.The guide bar 40b serving as the reference plane uses the second preload air bearing 29 to follow the reference guide bar 40b while minimizing shaking, and has a multiple degree of freedom hinge 62 positioned on the opposite side. The second free air bearing 30 allows the stage to perform a stable movement while reducing the position error occurring during the movement.
y축방향 운동을 안내하는 수단도 가이드 역할을 하는 프레임(20)을 구성하는 2개의 I형빔(21)과 3개의 공기베어링(15, 16)에 의해 이루어지며, 기준면이 되는 I형빔(21)과 기준면을 따라가는 2개의 제1예압 공기베어링(15), y축방향 운동 중 요동을 방지하고 운동을 안정시키는 1개의 제1자유 공기베어링(16) 및 기준이 되는 I형빔(21)과 대향하는 I형빔(21)으로 구성된다. 상기 제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)이 따라가는 면은 I형빔(21)의 내측 함몰부(22b)의 면 자체가 해당된다.The means for guiding the y-axis motion is also made by two I-beams 21 and three air bearings 15 and 16 constituting the frame 20 serving as a guide, and the I-beam 21 serving as a reference plane. And two first pre-loaded air bearings 15 along the reference plane, one first free air bearing 16 to prevent oscillation and stabilize the motion during y-axis movement, and an I-beam 21 as a reference. It is composed of an I-beam 21. The surface followed by the first preload and the first free air bearings 15 and 16 corresponds to the surface itself of the inner depression 22b of the I-beam 21.
따라서 I형빔(21)은 선형모터의 자석(14, 25)이 배치되는 기능과 함께 안내수단으로의 역할도 한다.Therefore, the I-beam 21 also serves as a guide means with the magnets 14 and 25 of the linear motor are arranged.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 평면운동을 안내하는 수단으로 공기베어링 또는 합성수지로 된 안내면을 선택하여 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고 공기베어링과 합성수지로 된 안내면을 동시에 조합하여 사용하는 것도 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, the guide surface made of air bearings or synthetic resins was used as a means for guiding the plane motion, but the present invention is not limited thereto, and it is also possible to use a combination of air bearings and guide surfaces made of synthetic resins at the same time. .
본 발명의 바람직한 실시예에서는 선형모터 코일부에서 발생하는 열을 제거하기 위한 수단으로 냉각수 파이프를 갖는 열분산 장치를 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고 냉각팬을 사용하여 공냉식으로 열을 방산하는 것도 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, a heat dissipation device having a coolant pipe is used as a means for removing heat generated in the linear motor coil unit, but the present invention is not limited thereto. It is also possible.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 가이드바의 양단에 이탈을 방지하기 위한 스토퍼를 설치하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 스토퍼에 고무 또는 스프링을 이용한 충격흡수장치를 더 구비하는 것도 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, stoppers are provided at both ends of the guide bar to prevent separation, but the present invention is not limited thereto, and the stopper may further include a shock absorbing device using rubber or a spring.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 자유 공기베어링에서 볼을 이용한 다자유도 힌지를 사용하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고 판스프링을 이용한 다자유도힌지 또는 접점을 이루는 금속의 탄성을 이용한 다자유도 힌지를 사용하는 것도 가능하다.In the preferred embodiment of the present invention, the free air bearing uses a multiple degree of freedom hinge using a ball, but the present invention is not limited thereto, but the multiple degree of freedom hinge using a leaf spring or a multiple degree of freedom hinge using elasticity of a metal forming a contact point. It is also possible to use.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 측정거울로 VM glass사의 zerodue라는 제품을 사용하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 일반유리를 사용하는 것도 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, a product called VM glass's zerodue is used as the measurement mirror, but the present invention is not limited thereto, and ordinary glass may be used.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 시편이송부, 프레임, 가이드바의 측면에만 합성수지로 된 안내면을 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 시편이송부, 프레임 및 베이스에도 합성수지로 된 안내면을 사용하는 것이 가능하다.In a preferred embodiment of the present invention, the guide surface made of synthetic resin is used only on the side surfaces of the specimen transfer part, the frame, and the guide bar. However, the present invention is not limited thereto, and the guide surface made of synthetic resin is also used for the specimen transfer part, the frame, and the base. It is possible.
상기한 구성의 본 발명에 따른 I형 빔으로 구성된 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지에 따르면, I형 빔을 사용한 결과 가이드와 선형모터의 자석배열을 한 평면상에서 구현할 수 있으므로 스테이지의 구조를 적층형 구조가 아닌 단일 평면상의 구조로 실현하여 전체구조의 높이가 낮아지며 시편이송부의 모양이 간단하게 되어 강성이 높아지고 그에 따라 높은 공진주파수를 갖는다.According to the long stroke stage using the double H structure composed of the I-beam according to the present invention of the above configuration, the magnet structure of the guide and the linear motor can be implemented in one plane as a result of using the I-beam, the structure of the stage is stacked The height of the overall structure is lowered by the simple planar structure, and the shape of the specimen transfer part is simplified, so that the rigidity is high and accordingly, the resonance frequency is high.
I형 빔의 사용은 시스템의 무게를 줄이고 공진주파수를 높이게 되어 고속운전에서도 안정한 운동을 얻을 수 있다.The use of the I-beam reduces the weight of the system and increases the resonant frequency, so that stable motion can be obtained even at high speed.
대칭으로 배치된 2개의 선형모터를 사용하여 구동하므로 빠른 운동을 얻을 수 있고 시스템의 구조가 안정적이다Drives with two linear motors arranged symmetrically, resulting in fast movement and stable system structure
예압 공기베어링과 다자유도의 힌지에 결합된 자유 공기베어링을 적절히 사용하므로 가이드의 평행성에 오차가 있더라도 자기 보정에 의해 직선운동을 가능케 하므로 가이드 제작의 정밀성에 대한 부담을 줄일 수 있다.Preloaded air bearings and free air bearings coupled to the multiple degrees of freedom hinge are used properly, so even if there is an error in the parallelism of the guide, linear movement is possible by self-correction, thereby reducing the burden on the precision of the guide production.
가이드와 선형모터를 포함하는 구동시스템을 함께 구현할 수 있어 간단한 구조가 형성되므로 제작공정이 간단해진다. 하중을 줄이는 Halbach자석배열을 사용하므로 선형모터의 효율을 높일 수 있다.A drive system including a guide and a linear motor can be implemented together to form a simple structure, which simplifies the manufacturing process. The Halbach magnet array reduces the load, increasing the efficiency of the linear motor.
대칭형 구조를 갖고 있기에 초정밀 측정 장비에서 항상 큰 오차의 원인이 되는 열적변형에 강한 장점이 있다.Because of the symmetrical structure, it has a strong advantage in thermal deformation, which always causes a large error in ultra-precision measuring equipment.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 본 발명의 요지에서 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it is possible to make various modifications or variations without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the appended claims will cover such modifications and variations as fall within the spirit of the invention.
Claims (6)
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