KR100437263B1 - 이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 - Google Patents
이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100437263B1 KR100437263B1 KR10-2002-0045808A KR20020045808A KR100437263B1 KR 100437263 B1 KR100437263 B1 KR 100437263B1 KR 20020045808 A KR20020045808 A KR 20020045808A KR 100437263 B1 KR100437263 B1 KR 100437263B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- linear motor
- frame
- stroke
- air bearings
- pair
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
- H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
- H01L21/68764—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by a movable susceptor, stage or support, others than those only rotating on their own vertical axis, e.g. susceptors on a rotating caroussel
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L21/687—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches
- H01L21/68714—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support
- H01L21/68785—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using mechanical means, e.g. chucks, clamps or pinches the wafers being placed on a susceptor, stage or support characterised by the mechanical construction of the susceptor, stage or support
Abstract
본 발명은 6축 운동을 하는 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 I형빔을 사용한 2중 H구조를 형성하여 초정밀 구동에 필요한 구동력과 온도 변화 및 힘의 불균형에 따른 변형을 견딜 수 있고 시스템의 안정성을 유지할 수 있도록 2중 H구조와 삼각형 대칭적 구조를 이용한 6축 운동 스테이지에 관한 것이다. 장행정 초정밀 구동과 빠른 응답을 갖는 시스템을 위하여 이중 서보 구조와 대칭적인 선형모터를 이용한다. 이중서보구조는 평면 단행정 운동을 위한 보이스코일모터(VCM), 피치와 롤 및 상하 단행정을 솔레노이드와 영구자석을 이용한 솔레노이드부 그리고 장행정 선형모터를 사용하며, 장행정과 단행정 사이에 기계적 제약조건이 발생되지 않도록 시스템을 구현하고, 두 구동부 사이의 상대거리를 근접센서를 이용하여 제어한다. 온도 변화에 따른 시스템 변형문제를 해결하기 위해 단행정 구동부는 대칭인 삼각형 구조, 장행정 구동부는 축대칭 구조를 갖는다.
Description
본 발명은 반도체 장비 혹은 측정장비의 6축 초정밀 운동을 위해 사용되는 스테이지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 서로 기계적 구속이 없는 단행정 구동부와 장행정 구동부를 사용하여 정밀한 6축 운동을 구현하였고, I형 빔으로 구성된 이중 H프레임을 이용하여 시스템의 뒤틀림에 대한 강성을 높이고 높이를 낮게 하였으며, 대칭형 구조를 사용하여 힘의 효율을 증가시키며 열적 변형을 최소화한 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지에 관한 것이다.
종래의 많은 장행정 초정밀 구동 시스템은 단지 장행정 구동기를 사용하여 긴 행정부터 초정밀 위치제어까지 망라하였다. 이는 시스템 전체가 처리해야 할 영역이 크기때문에 제어장치가 복잡해지고 그 결과 전자적 장치가 부가로 요구되거나, 프로세스가 복잡하여 이동 시간이 지연되고 고장의 요인이 되는 문제가 있었다.
또한, 정밀하게 긴 행정을 일정하게 구동을 해야하므로 시스템의 설계 및 제작이 요구 정밀도의 향상에 따라 점점 힘들어지며 고비용이 요구된다. 그리고, 긴 행정을 이동하는데 있어서 응답특성이 느리며 좋지 않다.
또한, 종래의 스테이지는 이중 서보구조인 단행정과 장행정의 이중구조를 갖더라도 단행정을 움직이는 구동부가 장행정과 기계적인 결합을 갖고 있었다. 이는 장행정 구동부와 단행정 구동부의 기계적 결합에 의해 장행정의 운동이 단행정의 운동에 직접적으로 전달 및 영향을 주기 때문에 초정밀 운동에 제약을 주게 된다.
시스템이 평면운동만을 수행할 경우에는 조립시에 오차를 줄이면서 제작을 해야 하는 어려움과 함께 스테이지의 z축 및 피치, 롤 운동에 대한 위치를 제어하지 못하여 최종적인 에러요인이 되는 문제가 있었다.
선형모터와 더불어 축방향 운동을 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.
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.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 평면 단행정 운동을 위한 보이스코일모터(VCM), 피치와 롤 및 상하 단행정을 위해 솔레노이드와 영구자석을 이용한 솔레노이드부 그리고 장행정 선형모터를 사용하며, 장행정과 단행정 사이에 기계적 제약조건이 발생되지 않도록 시스템을 구현하여 정밀한 6축 운동을 할 수 있는 2중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지를 제공하는 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적은, 측정거울(18)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11); 복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지며, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100); 상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 상기 원판(101, 102, 103)사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을위한 제1선형모터 코일부(13) 및 복수개의 공기베어링(16, 17)이 구비되는 내부구조(10); 상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부(24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 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 내부구조(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지에 의해 달성될 수 있다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 자기회로부(110)는 상기 단행정 구동부(100)의 평면운동을 위한 것으로서 코일(111)을 사이에 두고 복수개의 자석(114) 및 요크부(112, 113)가 대칭으로 결합되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 복수개의 원판(101, 102, 103)은 제1원판(101), 제2원판(102) 및 제3원판(103)으로 이루어지고, 상기 제1원판(101), 제2원판(102) 및 제3원판(103)은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 자기회로부(110)는 제2 및 제3원판(102, 103)에 고정되고, 상기 솔레노이드부(120)는 제2 및 제3원판(102,103)에 고정되며, 상기 솔레노이드부(120)의 제2연결바(121)는 제1원판(101)에 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 제1 및 제2선형모터 자석(14, 25)의 배열은 Halbach 자석배열인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 프레임(20) 또는 상기 가이드바(40a, 40b)의 평행이 일정치수만큼 어긋난 경우와 온도 변화에 따른 시스템 변화가 발생할 경우에 안정적으로 선형운동을 할 수 있도록 하기 위해, 예압 공기베어링(15, 29) 및 다자유도의 힌지(62)를 갖는 자유 공기베어링(16, 30)인 것이 바람직하다. 상기 예압 공기베어링(15, 29)은 가이드의 기준면을 따라가기 위하여 사용된다. 이렇게 한쪽을 가이드 기준면으로 사용을 하고 반대 부분은 단순히 가이드 면으로 사용을 할 경우에 정밀하게 가공을 해야하는 부분이 줄어들어 비용이 저렴하여 지고 조립 시에 어려움이 줄게된다.
또한, 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 상기 제1 및 제2선형모터 코일부(13, 24)의 일측에는 열방산을 위한 열분산 장치(64)가 더 구비되는 것이 바람직하다.한편, 본 발명의 목적은 6축 운동 중 평면 운동의 정밀 위치측정을 위해 선형스케일러를 구성하는 격자판(160)이 상부면에 장착되며 시편이 놓
한편, 본 발명의 목적은 6축 운동 중 평면 운동의 정밀 위치측정을 위해 선형스케일러를 구성하는 격자판(160)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11); 복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지고, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100); 상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 원판(101, 102, 103) 사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을 위한 제1선형모터 코일부(13) 및 복수개의 공기베어링(15, 16)이 구비되는 내부구조(10); 상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부 (24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 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 내부구조, 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지에 의해 달성될 수 있다.
또한, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 측정거울(18)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11); 복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지고, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100); 상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 원판(101, 102, 103) 사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을 위한 제1선형모터 코일부(13) 및 합성수지로 된 제1안내면(35)이 구비되는 내부구조(10); 상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측면에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고 타측면에 합성수지로 된 제2안내면(36)이 구비되며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제2선형모터 코일부(24) 및 제3안내면(37)이 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 프레임(20); 상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 프레임(20)을 이송하기 위해, 일측면에 제2선형모터 자석(25)이 배치되고 타측면에 합성수지로 된 제4안내면(38)이 구비되며 양단에 스토퍼(42)가 설치되는 한 쌍의 빔으로 이루어지는 가이드바(40a, 40b); 및 상기 내부구조(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지에 의해서도 달성될 수 있다.
본 발명의 그밖의 목적, 특정한 장점 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지의 사시도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지의 평면도,
도 3은 도 2의 자유 공기베어링의 다자유도 힌지를 나타낸 단면도,
도 4는 도 1의 선형모터부의 일부를 나타낸 배면도,
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 단행정 구동부를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 단행정 구동부를 나타낸 평면도,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 내부구조를 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 자기회로부를 나타낸 사시도,
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기회로부를 나타낸 단면도,
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔레노이드부를 나타낸 단면도,
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 내부구조와 결합된 단행정 구동부를 나타낸 측면도,
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동스테이지의 열분산 장치가 장착된 선형모터 코일부를 나타낸 사시도,
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지를 나타낸 사시도,
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지를 나타낸 배면도이다.
* 주요 도면 부호의 설명 *
5: 제1공기베어링 10: 내부구조
11: 시편지그부 12: 제1선형모터부
20: 프레임 21: I형빔
23: 제2선형모터부 40a,40b:가이드바
100: 단행정 구동부 110: 자기회로부
120: 솔레노이드부 121: 제2연결바
150: 원판스프링
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 스테이지의 구성에 대하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 스테이지의 사시도, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 스테이지의 평면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 장행정 6축 스테이지는 대략적으로 시편지그부(11), 단행정 구동부(100), 내부구조(10), 프레임(20), 가이드바(40a, 40b) 및 베이스(50)로 구성된다.
베이스(50) 위의 양측에 가이드바(40a, 40b)가 장착되고, 가이드바(40a, 40b)의 사이에 프레임(20)이 배치되며, 프레임(20)의 안쪽 공간에 내부구조(10)가 위치한다. 내부구조(10)의 상,하에 복수개의 원판(101, 102, 103)이 결합된 단행정 구동부(100)가 설치되고, 단행정 구동부(100)의 상부에 시편지그부(11)가 장착되어 있다. 전체가 결합된 상태의 치수는 약 600mm ×600mm ×106mm 정도이다.
시편지그부(11)는 시편(미도시)이 고정되는 부분으로 단행정 구동부(100)의 상부에 위치하는 사각의 평판이며, 시편지그부(11)의 일측으로는 광센서(미도시)를 이용하여 시편지그부(11)의 위치를 측정하기 위한 측정거울(18) 2개가 수직하게 부착되어 있다. 측정거울(18)은 열변형을 최소화 할 수 있는 열팽창계수가 작은 VM glass사의 zerodue라는 제품을 사용한다.
단행정 구동부(100)는 3개의 원판(101, 102, 103)이 적층된 구조로 되어 있고 상기 원판(101, 102, 103)은 내부구조(10)를 사이에 두고 상부에 2개가 하부에 1개가 위치한다.
내부구조(10)는 y축방향 운동을 위해 양측에 제1선형모터 코일부(13) 및 2개의 제1예압 공기베어링(15), 1개의 제1자유 공기베어링(16)이 설치되어 있고 하부의 네 모서리에는, 내부구조(10)가 베이스(50) 상에서 마찰없이 운동할 수 있도록, 4개의 제2공기베어링(17)이 설치되어 있다.
제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)은 프레임(20) 상에서 내부구조(10)의 운동을 안내하기 위한 것으로, 내부구조(10)의 일측면에서 내부구조(10)에 고정되어 상대운동이 불가능한 제1예압 공기베어링(15) 2개가 장착되며, 타측면에는 내부구조(10)에 대하여 상대운동이 가능하도록 다자유도의 힌지(62)를 통해 내부구조(10)와 결합된 제1자유 공기베어링(16) 1개가 장착된다.
제1선형모터 코일부(13)는 프레임(20)에 배치된 제1선형모터 자석(14)과의 사이에서 자기력을 발생시켜 y축방향 운동에 필요한 구동력을 발생하는 수단으로, 평판이 수평으로 일정 길이만큼 연장되다가 90도로 절곡되어 연장된 형상으로, 수평으로 연장된 부분이 내부구조(10)의 일측에 결합되며 수직으로 연장된 부분의 안쪽에는 구동코일(63)이 구비되어 있다.
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.
프레임(20)의 4개의 모서리에는 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.
4개의 I형빔(21) 중에서, 대향하는 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 외측 함몰부 (22a)에 내부구조(10)의 y축방향 운동을 위한 제1선형모터 자석(14)이 일렬로 배치되어 있고 내측 함몰부(22b)에는 내부구조(10)에 결합된 제1예압 및 제1자유 공기베어링(15, 16)이 삽입되어 내부구조(10)의 y축방향 운동을 안내한다.
따라서 내부구조(10)는 4각의 프레임(20)의 안쪽에 위치하고, 내부구조(10)에 설치된 제1선형모터 코일부(13)는 상기 프레임(20)의 I형빔(21)의 일부를 감싸면서 I형빔(21)의 외측에 배치된 제1선형모터 자석(14)과 마주보게 된다.
다른 한 쌍의 I형빔(21)의 상부면에는 프레임(20)이 가이드바(40a, 40b) 상에서 x축방향 운동을 위한 구동력을 제공하기 위해 제2선형모터 코일부(24)가 각각 장착되어 있다.
상기 제2선형모터 코일부(24)가 설치된 2개의 I형빔(21) 중에서, 내부구조 (10)의 x축방향 운동을 안내하기 위한 기준으로 설정한 가이드바(40a)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.
프레임(20)에 설치된 제2선형모터 코일부(24) 또한 내부구조(10)에 결합된 제1선형모터 코일부(13)와 유사하게 평판이 90도로 절곡된 형상으로 I형빔(21)의 상부면에서 수평으로 일정 길이만큼 연장되다가 수직으로 절곡되어 연장된다. 수직으로 연장된 부분의 안쪽에 구동코일(63)이 구비되어 있다.
가이드바(40a, 40b)는, 프레임(20)의 x축방향 운동을 안내하기 위한 것으로서, 프레임(20)을 구성하는 I형빔(21)보다 길고 내측면이 표면가공이 된 빔으로서 베이스(50)의 상부면 양측에 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.
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.
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.
도 4는 도 1의 선형모터부의 일부를 나타낸 배면도이다. 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2선형모터부(23)를 구성하는 제2선형모터 자석(25) 및 구동코일(63) 그리고 자석(25)의 자기력선(64)이 도시되어 있다.
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.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 단행정 구동부를 나타낸 사시도, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 단행정 구동부를 나타낸 평면도이다. 도 5 및 도 6에도시된 바와 같이, 단행정 구동부(100)는 적층된 제1원판(101), 제2원판(102) 및 제3원판(103)과 단행정 구동부(100)의 평면운동을 위한 VCM(voice coil motor) 구동부를 이루는 3개의 자기회로부(110)와 단행정 구동부(100)의 레벨링 및 포커싱을 하기 위한 3개의 솔레노이드부(120)가 배치되어 있다. 레벨링은 단행정 구동부(100)의 z축방향 즉 수직방향으로의 이동 및 시편고정부(11)의 수평유지를 하는 것을 말하며, 포커싱은 레벨링과 유사하나 광센서(미도시)의 촛점거리 유지를 염두하고 명명한 것이다.
자기회로부(110)는 제3원판(103)의 중심을 기준으로 120도 간격으로 3각형 배치를 이루고 있으며, 솔레노이드부(120)는 자기회로부(110) 사이의 공간에 역시 120도 간격으로 3각형의 배치를 이루고 있다.
원판(101) 밑의 중심부에서 3개의 제1공기베어링(5)으로 공기를 공급하기 위한 통로인 공기관(7)이 형성되어 있다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 내부구조를 나타낸 사시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 내부구조(10)에는, 단행정 구동부(100)에 구비되는 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)를 내장하기 위해, 3개의 솔레노이드부 삽입홀(140)과 3개의 자기회로부 삽입홀(141)이 형성되어 있다. 각각의 자기회로부 삽입홀(141) 주위에는 자기회로부(110)와 전자기적 작용을 할 코일(111)이 삽입될 수 있도록 코일 삽입홈(142)이 형성되어 있다.
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 자기회로부를 나타낸 사시도, 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 자기회로부를 나타낸 단면도이다. 도 8 및 도 9에 도시된바와 같이, 자기회로부(110)는 자석(114)과 요크부(112, 113)가 적층되어 구성된 자기회로 2개가 코일(111) 안쪽을 통과한 제1연결바(115)에 의해 대칭되게 결합된 것으로 상부 요크부(112), 하부 요크부(113), 자석(114) 및 제1연결바(115)로 이루어져 있다.
도 10은 본 발명의 제1실시예에 따른 솔레노이드부를 나타낸 단면도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 솔레노이드부(120)는 솔레노이드(124), 영구자석(123), 내부요크(122), 외부요크(125), 상부요크(126) 및 하부요크(127)를 주요 구성으로 하고 제2연결바(121), 원판스프링(150), 고정부(151), 아래판(129), 위판(128)을 구비하고 있다.
제2연결바(121)를 중심으로 실린더 형상의 내부요크(122)가 제2연결바(121)를 둘러싸며, 내부요크(122)를 영구자석(123) 및 솔레노이드(124)가 둘러싸고, 영구자석(123) 및 솔레노이드(124)를 외부요크(125)가 둘러싸고 있다. 이 전체의 상부와 하부에서 환형의 상부요크(126)와 하부요크(127)가 위치한다.
상부요크(126)와 하부요크(127)를 관통하여 돌출한 제2연결바(121)의 양단은 각각 고정부(151)에 의해 원판스프링(150)과 결합되어 있다. 또한 상부요크(126)의 위로 위판(128)이 하부요크(127)의 아래로 아래판(129)이 부착되어 있다.
도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 내부구조와 결합된 단행정 구동부를 나타낸 측면도이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 자기회로부(110)는 하부 요크부(113)가 제3원판(103)에 고정되고 하부 요크부(113)에 결합된 제1연결바(115)가 자기회로부 삽입홀(141)과 내부구조(10)에 위치하는 코일(111)의 안쪽을 통과하여 상부요크부(112)에 결합되어 있고 상부 요크부(112)가 제2원판(102)에 고정되어 있다.
솔레노이드부(120)는 내부구조(10)에 형성된 솔레노이드부 삽입홀(140)에 삽입되며 솔레노이드부(120)의 위판(128) 및 아래판(129)이 단행정 구동부(100)의 제2원판(102) 및 제3원판(103)에 부착되어 있다. 솔레노이드부(120)의 중심에 위치하는 제2연결바(121)는 제2원판(102)의 가이드홀(105)을 통해 제1원판(101)으로 연장되어 있다. 제2연결바(121)에 고정된 고정부(151)는 제1원판(101)과 볼트(미도시)로 고정되어 제1원판(101)을 지지한다.
제3원판(103)의 하부에는 단행정 구동부(100)가 베이스(50) 상에서 마찰없이 운동할 수 있도록 3개의 제1공기베어링(5)이 장착되어 있다.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 스테이지의 열분산 장치가 장착된 선형모터 코일부를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 제2실시예는, 본 발명의 제1실시예의 제1 및 제2선형모터 코일부 (13, 24)에 열분산 장치(64)가 더 구비된 것이다. 도1 및 도 12에 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2선형모터 코일부(13, 24)에서 발생하는 열을 흡수하기 위해 제1 또는 제2선형모터 코일부(13, 24)의 수직연장된 면에 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.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 스테이지를 나타낸 사시도이다.
본 발명의 제3실시예는 위치제어를 위한 시편지그부(11)의 측정거울(18)을 대신하여 시편지그부(11)에 선형스케일러(46)를 설치한 것이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 시편지그(11)부의 일측에 격자판(160)이 부착되어 광센서(미도시)에 의한 시편지그부(11)의 위치 측정을 가능케 한다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 스테이지를 나타낸 배면도이다.
본 발명의 제4실시예는 내부구조(10) 및 프레임(20)의 평면운동을 안내하는 수단으로서 공기베어링 대신 합성수지 안내면을 이용한 것이다. 이는 공기베어링이 야기하는 최소한의 변위마저 발생하지 않도록 하기 위한 것이다.
도 14에 도시된 바와 같이, 공기베어링을 대신하여 내부구조(10)의 측면에 제1안내면(35)이 구비되고, 프레임(20)에서 상기 내부구조(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.
이하에서는 본 발명에 따른 2중 H구조를 이용한 6축운동 스테이지의 동작방법에 대해 설명하기로 한다.
첫째, 단행정 구동부의 동작에 대하여 설명하기로 한다.
단행정 구동부(100)의 평면 운동을 위한 VCM 구동부는 자기회로부(110)와 코일(111)로 이루어진다.
VCM 구동부는 내부구조(10)에 설치된 코일(111)과 단행정 구동부(100)에 설치된 자기회로부(110)로 이루어지므로, 코일(111)에 전류를 인가할 때 자기회로부(110)가 만들어내는 자속안에서 코일(111)이 운동을 하게 된다, 따라서 내부구조(10)와 단행정 구동부(100)는 결국 상대적으로 운동이 가능하게 된다. 이는 장행정 구동부와 단행정 구동부(100)가 기계적인 결합이 없으므로 장행정 구동부의 운동이 단행정 구동부(100)의 운동에 영향을 미치지 않음을 나타낸다.
상기 코일(111)은 xy 평면내에 위치하므로 전류의 방향은 xy평면상의 임의의 방향이 되며, 자기회로부(110)의 자속의 방향은 z축 방향이 되므로, 결국 코일(111)은 플레밍의 왼손법칙에 의해 xy 평면상의 힘을 받게 되어 xy 평면에서 회전운동을 한다.
단행정 구동부(100)의 레벨링 및 포커싱을 위한 솔레노이드부(120)는 솔레노이드(124), 영구자석(123), 원판스프링(150)을 주요부로 하여 작동한다. 솔레노이드부 (120)의 구동은 상부 및 하부요크(126, 127)와 내부 자기회로부(130)의 사이에서 영구자석(123)에 의하여 생기는 자속밀도를 솔레노이드(124)를 통하여 크게 하거나 작게 함으로써 자속밀도의 불균형을 초래하고 이때 발생하는 인력의 힘을 이용하여 상,하 방향으로 끌어당기는 운동을 한다.
솔레노이드(124)와 영구자석(123)으로 인해 생성된 구동력은 내부 자기회로부(130)로 작용하여 내부 자기회로부(130)에 결합된 제2연결바(121)를 상,하로 움직이고, 원판스프링(150)의 안내에 의해 제2연결바(121)의 움직임이시편지그부(11)에 전달된다.
상기한 단행정 구동부(100)가 장행정의 운동을 필요로 할 때는 장행정 구동부(20, 40a, 40b)를 이용하게 되므로, 두 구동부 사이의 상대적 거리를 측정할 필요가 있고 본 발명에서는 OMRON 사의 광근접 센서(미도시)를 사용하였다.
둘째, 스테이지 장행정 구동부의 동작에 대해 설명한다.
장행정 구동부(20, 40a, 40b)는 내부구조(10)의 장행정을 위한 것으로 제1선형모터 및 제2선형모터(12, 23), 프레임(20), 가이드바(40a, 40b)를 포함한 결합체를 말한다. 장행정 구동부(20, 40a, 40b)는 단행정 구동부(100)의 장행정 이동을 위한 보조적 장치로서 단행정 구동부(100)의 움직임에 따라 장행정 구동부(20, 40a, 40b)는 단행정 구동부(100)와 상대적인 거리를 유지하면서 움직여야 한다.
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.
y축방향 운동을 위한 제1선형모터부(12)는 내부구조(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 내부구조(10)가 I형빔(21)의 내측 함몰부(22b)의 면을 따라 y축방향 운동을 얻게 된다.
셋째, 스테이지의 장행정 운동에 대해 설명한다.
내부구조(10)의 x축방향 운동은 프레임(20)의 x축 방향 운동을 통해 이루어진다. 내부구조(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 내부구조(10)와 프레임(20)이 일체로 운동하게 된다. 따라서 x축방향 운동을 발생시키는 제2선형모터부(23)는 내부구조(10)와 프레임(20)을 동시에 움직일 수 있는 구동력을 발생해야 한다.
y축방향으로 내부구조(10)를 이동시키고자 할 때는 프레임(20)은 이동하지 않고 단지 내부구조(10)만 y축방향으로 이동하게 된다. 내부구조(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 내부구조(10)에 장착된 제1예압 및 제1자유 공기베어링 (15, 16)이 인접하여 따라가면서 y축방향 운동을 생성한다.
넷째, 스테이지의 평면운동시 안내하는 수단의 동작에 대해 설명한다.
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(40a), 그 면을 따라가기 위한 2개의 제2예압 공기베어링(29), 기준이 되는 가이드바(40a)에서 이탈을 막고 x축방향 운동시 y축방향으로의 요동을 막는 다자유도 힌지(62)로 결합된 제2자유 공기베어링(30) 및 가이드바(40b)로 구성이 된다. 가이드바(40a, 40b)는 일반적으로 석정반으로 제작된다.
기준면이 되는 가이드바(40a)에는 제2예압 공기베어링(29)을 사용하여 흔들림을 최소한으로 줄이면서 기준 가이드바(40a)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.
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.
따라서 I형빔(21)은 선형모터의 자석(14, 25)이 배치되는 기능과 함께 안내수단으로의 역할도 한다.
본 발명의 바람직한 실시예 자기회로부와 솔레노이드부를 각각 3개를 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 자기회로부와 솔레노이드부를 각각 4개, 6개를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 내부구조 및 프레임에 3개의 공기베어링의 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 내부구조 및 프레임이 한 쪽으로 쏠리는 것을 방지하기 위해 2개의 예압 공기베어링 사이에 1개의 공기베어링을 추가하는 것도 가능하다.
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.
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.
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.
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.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 측정거울로 VM glass사의 zerodue라는 제품을 사용하였지만, 본 발명은 이에 한하지 않고, 일반유리를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 시편지그부의 위치측정을 위해 시편지그부에 측정거울 또는 선형스케일러를 설치하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 장행정 구동부를 구성하는 프레임 및 가이드바에 선형스케일러를 설치하고 시편지그부에는 측정거울을 설치하여 각각의 측정된 위치값을 이용해 단행정 구동부와 장행정 구동부의 상대적인 위치를 측정하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는 내부구조, 프레임, 가이드바의 측면에만 합성수지로 된 안내면을 사용하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 높이의 변화가 없어야 하는 SPM(Scanning Probe Microscopy)와 같은 시스템에서의 사용을 위해 베이스에도 합성수지로 된 안내면을 사용하는 것이 가능하다.
상기한 구성의 본 발명에 따른 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지에 따르면, 장행정 이동과 빠른 응답 특성을 요하는 장행정 6축 운동 스테이지에있어서, Halbach 자석배열의 선형모터, 단행정을 위한 이중 자기회로 구조를 갖는 VCM 및 솔레노이드를 이용한 구동기를 사용하여 빠른 응답특성과 큰 힘을 만들어낸다.
스테이지의 구동부가 단행정 구동부와 장행정 구동부로 나뉘어 있어 복잡한 제어장치를 요하지 않고, 단행정 구동부와 장행정 구동부간에 기계적 결합이 없으므로 각각의 운동이 서로에게 영향을 미치지 않으므로 정밀한 운동이 가능하다.
장행정 구동부의 선형모터는 축대칭인 선형모터 배치를 갖고, 단행정 구동부의 VCM과 솔레노이드부는 삼각형으로 대칭되게 배치되므로 구동시 발생하는 열이 효율적으로 방산되어 열에 의한 변형을 방지하는 효과가 있다.
I형 빔을 사용한 결과 가이드와 선형모터의 자석배열을 한 평면상에서 구현할 수 있으므로 스테이지의 구조를 적층형 구조가 아닌 단일 평면상의 구조로 실현하여 전체 구조의 높이가 낮아지며 스테이지의 모양이 간단하게 되어 강성이 높아지고 그에 따라 높은 공진 주파수를 갖는다. I형 빔의 사용은 시스템의 무게를 줄이고 공진 주파수를 높이게 되어 고속 운전에서도 안정한 운동을 얻을 수 있다.
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.
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.
Claims (8)
- 측정거울(18)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11);복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지며, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100);상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 상기 원판(101, 102, 103)사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을 위한 제1선형모터 코일부(13) 및 복수개의 공기베어링(16, 17)이 구비되는 내부구조(10);상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부(24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 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); 및상기 내부구조(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 제 1항에 있어서, 상기 자기회로부(110)는 상기 단행정 구동부(100)의 평면운동을 위한 것으로서 코일(111)을 사이에 두고 복수개의 자석(114) 및 요크부(112, 113)가 대칭으로 결합되어 있으며, 상기 자기회로부(110) 3개가 삼각형 구조로 배치되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 제 1항에 있어서, 상기 복수개의 원판(101, 102, 103)은 제1원판(101), 제2원판(102) 및 제3원판(103)으로 이루어지고, 상기 제1원판(101), 제2원판(102) 및 제3원판(103)은 순서대로 적층되어 있으며, 상기 자기회로부(110)는 제2 및 제3원판(102, 103)에 고정되고, 상기 솔레노이드부(120)는 제2 및 제3원판(102,103)에 고정되며, 상기 솔레노이드부(120)의 제2연결바(121)는 제1원판(101)에 연결되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 제 1항에 있어서, 제1 및 제2선형모터 자석(14, 25)의 배열은 Halbach 자석배열인 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 제 1항에 있어서, 상기 공기베어링(15, 16, 29, 30)은, 상기 프레임(20) 또는 상기 가이드바(40a, 40b)의 평행이 일정치수만큼 어긋난 경우에도 선형운동을 할 수 있도록 하기 위해, 예압 공기베어링(15, 29) 및 다자유도의 힌지(62)를 갖는 자유 공기베어링(16, 30)인 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 제 1항에 있어서, 상기 제1 및 제2선형모터 코일부(13, 24)의 일측에는 열방산을 위한 열분산 장치(64)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 위치측정을 위해 선형스케일러를 구성하는 격자판(160)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11);복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지고, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100);상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 원판(101, 102, 103) 사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을 위한 제1선형모터 코일부(13) 및 복수개의 공기베어링(15, 16)이 구비되는 내부구조(10);상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 복수개의 공기베어링(29, 30) 및 제2선형모터 코일부 (24)가 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 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); 및상기 내부구조, 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
- 측정거울(18)이 상부면에 장착되며 시편이 놓여지는 시편지그부(11);복수개의 원판(101, 102, 103)과 상기 원판(101, 102, 103) 사이에 배치되는 복수개의 자기회로부(110) 및 솔레노이드부(120)로 이루어지고, 상부 원판(101)에 상기 시편지그부(11)가 장착되며 하부 원판(103)에 복수개의 제1공기베어링(5)이 설치되는 단행정 구동부(100);상기 단행정 구동부(100)를 이루는 복수개의 원판(101, 102, 103) 사이에 결합되며, 상부에 상기 시편지그부(11) 및 복수개의 원판(101, 102)이 하부에 또 다른 원판(103)이 적층된 구조로서, 하부에 복수개의 제2공기베어링(17)이 설치되고, 양측에 제1방향 운동을 위한 제1선형모터 코일부(13) 및 합성수지로 된 제1안내면(35)이 구비되는 내부구조(10);상기 내부구조(10)가 장착되는 복수개의 I형빔(21)의 결합으로 이루어지며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측면에 제1선형모터 자석(14)이 배치되고 타측면에 합성수지로 된 제2안내면(36)이 구비되며, 상기 한 쌍의 I형빔(21)과 수직하게 위치하는 다른 한 쌍의 I형빔(21)은 각각의 일측에 제2선형모터 코일부(24) 및 제3안내면(37)이 설치되며, 하부에 복수개의 제3공기베어링(31)이 설치된 프레임(20);상기 제1방향과 직교하는 제2방향으로 상기 프레임(20)을 이송하기 위해, 일측면에 제2선형모터 자석(25)이 배치되고 타측면에 합성수지로 된 제4안내면(38)이 구비되며 양단에 스토퍼(42)가 설치되는 한 쌍의 빔으로 이루어지는 가이드바(40a, 40b); 및상기 내부구조(10), 프레임(20) 및 가이드바(40a, 40b)가 장착되는 평판인 베이스(50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 이중 H구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0045808A KR100437263B1 (ko) | 2002-08-02 | 2002-08-02 | 이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0045808A KR100437263B1 (ko) | 2002-08-02 | 2002-08-02 | 이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040012296A KR20040012296A (ko) | 2004-02-11 |
| KR100437263B1 true KR100437263B1 (ko) | 2004-06-23 |
Family
ID=37320294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR10-2002-0045808A KR100437263B1 (ko) | 2002-08-02 | 2002-08-02 | 이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100437263B1 (ko) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101858477B (zh) * | 2010-04-20 | 2011-09-14 | 郑福胜 | 两自由度精密定位平台 |
| KR101318211B1 (ko) | 2011-05-31 | 2013-10-15 | 한국기계연구원 | 5 자유도 운동 오차 보정 기능을 갖는 능동 보정형 스테이지 및 그 운동 오차 보정 방법 |
| KR20180029145A (ko) | 2016-09-09 | 2018-03-20 | 삼성전자주식회사 | 기판 처리 장치 |
| KR20230102863A (ko) | 2021-12-30 | 2023-07-07 | 글로벌테크노스㈜ | 6축 정렬 스테이지의 셔터장치 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63143832A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-16 | Toyo Giken:Kk | ウエ−ハの移送装置 |
| US6002465A (en) * | 1996-10-15 | 1999-12-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Stage device, exposure apparatus using the same, and device production method |
| KR20000057932A (ko) * | 1999-02-03 | 2000-09-25 | 미다라이 후지오 | 위치결정장치, 노광장치, 디바이스제조방법 및 위치결정방법 |
| KR100283784B1 (ko) * | 1993-02-09 | 2001-04-02 | 로버트 제이. 리챠드슨 | 기준 표면을 갖는 웨이퍼 스테이지 |
-
2002
- 2002-08-02 KR KR10-2002-0045808A patent/KR100437263B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63143832A (ja) * | 1986-12-08 | 1988-06-16 | Toyo Giken:Kk | ウエ−ハの移送装置 |
| KR100283784B1 (ko) * | 1993-02-09 | 2001-04-02 | 로버트 제이. 리챠드슨 | 기준 표면을 갖는 웨이퍼 스테이지 |
| US6002465A (en) * | 1996-10-15 | 1999-12-14 | Canon Kabushiki Kaisha | Stage device, exposure apparatus using the same, and device production method |
| KR20000057932A (ko) * | 1999-02-03 | 2000-09-25 | 미다라이 후지오 | 위치결정장치, 노광장치, 디바이스제조방법 및 위치결정방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20040012296A (ko) | 2004-02-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7075624B2 (en) | Positioning apparatus and method for manufacturing same | |
| US5228358A (en) | Motion guiding device | |
| KR101496951B1 (ko) | 분리된 다수 스테이지 위치 결정 시스템 | |
| US5806193A (en) | Tilt and movement apparatus using flexure and air cylinder | |
| JPH08330224A (ja) | ステージ機構及びその動作方法 | |
| US7886449B2 (en) | Flexure guide bearing for short stroke stage | |
| US6130490A (en) | X-Y stage with movable magnet plate | |
| EP0443831B1 (en) | Motion guiding device | |
| US7924692B2 (en) | Actuator assembly providing two-dimensional movement of a moveable element in a data storage device | |
| KR101788898B1 (ko) | 위치 계측 장치 및 패턴 형성 장치 | |
| KR100437263B1 (ko) | 이중 ｈ구조를 이용한 장행정 6축 운동 스테이지 | |
| JP2005297109A (ja) | 微動ステージ | |
| JP3216157B2 (ja) | 精密１段６自由度ステージ | |
| KR100428052B1 (ko) | Ｉ형 빔으로 구성된 이중 ｈ구조를 이용한 장행정스테이지 | |
| US20060119189A1 (en) | Driving unit | |
| JP2005150615A (ja) | ステージおよびステージの制御方法 | |
| JP3603615B2 (ja) | Ｘｙ軸ヘッド位置決め装置 | |
| Chung et al. | Structural design and analysis of a nano-positioning planar motion stage | |
| KR100434975B1 (ko) | 범용 나노 스테이지의 구동장치 및 그 방법 | |
| JPH06204106A (ja) | テーブル装置、縮小投影露光装置及び電子線描画装置 | |
| JP2002315297A (ja) | リニアモータシステムおよび移動体システム | |
| JP2003194694A (ja) | 大変位走査機構 | |
| KR100428051B1 (ko) | 6축 위치 결정 기구 | |
| JPS624538A (ja) | テ−ブル装置 | |
| JPH10328962A (ja) | 移動ステージ装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20100601 Year of fee payment: 7 |
|
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |