KR101103174B1 - Stage device - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 베이스, 베이스에 대해 회전가능하게 마련된 제1 및 제2스테이지, 제1스테이지 및 제2스테이지를 연결하는 적어도 하나의 연결힌지, 제2스테이지 및 베이스를 연결하는 적어도 하나의 회전힌지, 제1스테이지 및 베이스 사이에 마련되어 제1스테이지 및 베이스를 가압하며, 제2스테이지의 중심에 대해 대칭을 이루도록 마련된 복수의 엑츄에이터를 포함하는 스테이지장치를 제공한다.The present invention, the base, the first and second stages rotatably provided with respect to the base, at least one connecting hinge connecting the first stage and the second stage, at least one rotating hinge connecting the second stage and the base, Provided is a stage device provided between the first stage and the base to press the first stage and the base, a plurality of actuators provided to be symmetrical with respect to the center of the second stage.

이와 같은, 스테이지장치는, 압전소자를 이용하는 엑츄에이터로부터 가압력을 전달받아 회전하는 제1스테이지의 회전력이 플렉쳐힌지 구조를 가지면서 각각 제1스테이지 및 제2스테이지, 제2스테이지 및 베이스를 연결하는 연결힌지 및 회전힌지에 의해 제1스테이지 내측의 시편이 올려지는 제2스테이지에 전달된다. 따라서, 제2스테이지의 회전 위치오차를 줄일 수 있어 초정밀의 위치제어가 가능하게 된다.As described above, the stage device has a structure in which the rotational force of the first stage that is rotated by receiving a pressing force from an actuator using a piezoelectric element is a flexure structure, and connects the first stage and the second stage, the second stage, and the base, respectively. The hinge and the rotating hinge are delivered to the second stage on which the specimen inside the first stage is placed. Therefore, the rotational position error of the second stage can be reduced, and the ultra-precise position control is possible.

Description

스테이지장치{Stage device}Stage device

본 발명은 스테이지장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 반도체의 웨이퍼 등을 지지하는 스테이지를 정밀하게 제어하는 스테이지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a stage apparatus, and more particularly, to a stage apparatus for precisely controlling a stage for supporting a wafer or the like of a semiconductor.

일반적으로 초정밀용 스테이지장치는 반도체의 웨이퍼 및 액정표시패널(LCD) 등의 정밀검사를 위한 스캐닝장치, 반도체 가공기 및 초정밀 가공기 등에 사용된다. 그리고, 이러한 스테이지장치는 주로 반도체의 웨이퍼 등을 지지하는 프레임과 같은 스테이지와, 스테이지와 결합되어 스테이지를 이동시키도록 구동하는 액추에이터와, 이러한 액추에이터를 정밀하게 제어하기 위한 제어부 등을 포함한다.In general, the ultra-precision stage apparatus is used for scanning devices for semiconductor inspection of semiconductor wafers and liquid crystal display panels (LCDs), semiconductor processing machines and ultra-precision processing machines. The stage apparatus mainly includes a stage such as a frame supporting a wafer of a semiconductor, etc., an actuator coupled to the stage to drive the stage, a control unit for precisely controlling such an actuator, and the like.

이러한 종래의 초정밀용 스테이지장치는 미국특허 US4,667,415의 마이크로 리소그래픽 레티클 위치장치(micro lithographic reticle positioning system)에 개시되어 있다.Such a conventional ultra-precision stage apparatus is disclosed in a micro lithographic reticle positioning system of US Pat. No. 4,667,415.

도 1을 참조하면, 종래의 스테이지장치는, 베이스 등에 고정된 외부프레임(35,37)과, 외부프레임(35,37)의 내측에 외부프레임(35,37)에 대해 이동가능하게 사각형상으로 마련된 내부프레임(41,43,45,47)과, 베이스 등에 고정되어 내부프레임(41,43,45,47)을 가압하도록 구동하는 구동모터(61,62,63)와, 구동모 터(61,62,63)의 구동력을 내부프레임(41,43,45,47)에 전달하도록 마련된 커넥팅로드(71,72,73)와, 구동모터(61,62,63)의 구동력에 의해 내부프레임(41,43,45,47)이 평면의 3자유도(X,Y,θ)를 갖도록 내부프레임(41,43,45,47) 및 외부프레임(35,37) 사이에 마련된 다수의 플렉쳐힌지(flexure hinge)(51,52,53,54,55,56,57,58)를 포함한다. 상기 구동모터(61,62,63)는 사각형상의 프레임(33)의 외측에 3개로 마련된다. 즉, 제1구동모터(61) 및 제2구동모터(62)는 내부프레임(47)의 외측에 각각 좌우방향으로 편심되어 마련된다. 그리고, 상기 제3구동모터(63)는 외부프레임(35,37)의 외측 중앙에 마련된다. 그리고, 상기 제1구동모터(61) 및 제2구동모터(62)는 제1커넥팅로드(71) 및 제2커넥팅로드(72)를 구동시켜 내부프레임(47)의 좌측 및 우측을 각각 가압하게 된다. 그리고, 상기 제3구동모터(63)는 제3커넥팅로드(73)를 구동시켜 내부프레임(43)의 중앙을 가압하게 된다. 그리고, 이러한 구동모터(61,62,63)는 갈바노미터일 수도 있다. 상기 커넥팅로드(71,72,73)는 구동모터(61,62,63)에 대응하여 3개로 마련된다. 그리고, 커넥팅로드(71,72,73)의 일측은 크랭크(crank)(65,66,67)에 의해 구동모터(61,62,63)에 결합되며, 타측은 내부프레임(47,43)에 결합된다.Referring to FIG. 1, a conventional stage device has a rectangular shape that is movable to an outer frame 35, 37 fixed to a base or the like, and to an outer frame 35, 37 inside the outer frame 35, 37. The inner frames 41, 43, 45, 47, the drive motors 61, 62, 63, which are fixed to the base and are driven to press the inner frames 41, 43, 45, 47, and the drive motors 61. The connecting rods 71, 72, and 73 provided to transmit the driving force of the 62 and 63 to the internal frames 41, 43, 45, and 47, and the internal frame (eg, the driving force of the driving motors 61, 62, and 63). Multiple flex hinges provided between the inner frames 41, 43, 45, 47 and the outer frames 35, 37 so that the 41, 43, 45, 47 have three planes of freedom (X, Y, θ) in the plane. (flexure hinge) (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58). The driving motors 61, 62, and 63 are provided at the outside of the rectangular frame 33. That is, the first driving motor 61 and the second driving motor 62 are provided eccentrically in the left and right directions on the outer side of the inner frame 47, respectively. The third driving motor 63 is provided at the outer center of the outer frames 35 and 37. The first and second driving motors 61 and 62 drive the first connecting rod 71 and the second connecting rod 72 to press the left and right sides of the inner frame 47, respectively. do. In addition, the third driving motor 63 drives the third connecting rod 73 to press the center of the inner frame 43. The drive motors 61, 62, and 63 may be galvanometers. The connecting rods 71, 72, and 73 are provided in correspondence with the driving motors 61, 62, and 63. One side of the connecting rods 71, 72, and 73 is coupled to the driving motors 61, 62, and 63 by cranks 65, 66, and 67, and the other side thereof is connected to the internal frames 47, 43. Combined.

이러한 구성에 의해 종래의 스테이지장치의 작동과정은 다음과 같다.With this configuration, the operation of the conventional stage device is as follows.

상기 제3구동모터(63)의 구동에 의해 상기 내부프레임(41,43,45,47)은 X축의 전후방향으로 이동가능하게 되며, 제1구동모터(61) 및 제2구동모터(62)의 동일한 구동에 의해 내부프레임(41,43,45,47)은 Y축의 전후방향으로 이동가능하게 된다. 그리고, 상기 제1구동모터(61) 및 제2구동모터(63)의 구동을 달리 함으로써 내부프 레임(41,43,45,47)은 내부프레임(41,43,45,47)의 중심에 대해 θ방향으로 정회전 및 역회전가능하게 된다.The inner frame 41, 43, 45, 47 is movable in the front-rear direction of the X axis by the driving of the third driving motor 63, and the first driving motor 61 and the second driving motor 62. By the same driving, the inner frames 41, 43, 45, 47 are movable in the front-rear direction of the Y axis. In addition, by varying the driving of the first drive motor 61 and the second drive motor 63, the inner frames (41, 43, 45, 47) to the center of the inner frame (41, 43, 45, 47). It is possible to rotate forward and reverse in the direction of [theta].

그러나, 종래의 스테이지장치는 구동력을 발생하는 구동모터들이 프레임에 대해 비대칭적인 구조로 배치되는데, 초정밀의 위치제어가 요구되는 경우 이러한 비대칭적인 구조에 의해 위치오차를 줄이기 어려운 문제점이 있다.However, in the conventional stage device, the driving motors generating the driving force are arranged in an asymmetrical structure with respect to the frame. When the ultra-precise position control is required, there is a problem that it is difficult to reduce the position error by the asymmetrical structure.

또한, 종래의 스테이지장치는 프레임을 이동시키기 위해 구동모터를 사용하는데, 이러한 구동모터로는 수십 나노미터(nano meter)의 위치오차를 갖는 초정밀의 위치제어를 구현하기 어려우며, 구동시 발생되는 열에 의해 프레임에 열적변형을 야기할 수 있는 문제점이 있다.In addition, the conventional stage device uses a drive motor to move the frame, which is difficult to implement a high-precision position control having a position error of several tens of nanometers (nano meter), and by the heat generated during driving There is a problem that can cause thermal deformation in the frame.

본 발명은, 초정밀의 위치제어가 가능하도록 위치오차를 용이하게 줄일 수 있는 스테이지장치를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a stage apparatus that can easily reduce a position error so that ultra-precise position control is possible.

본 발명은, 베이스와; 상기 베이스에 대해 회전가능하게 마련된 제1 및 제2스테이지와; 상기 제1스테이지 및 상기 제2스테이지를 연결하는 적어도 하나의 연결힌지와; 상기 제2스테이지 및 상기 베이스를 연결하는 적어도 하나의 회전힌지와; 상기 제1스테이지 및 상기 베이스 사이에 마련되어 상기 제1스테이지 및 상기 베이스를 가압하며, 상기 제2스테이지의 중심에 대해 대칭을 이루도록 마련된 복수의 엑츄에이터를 포함하는 스테이지장치를 제공한다.The present invention, the base; First and second stages rotatably provided relative to the base; At least one connecting hinge connecting the first stage and the second stage; At least one rotary hinge connecting the second stage and the base; A stage device is provided between the first stage and the base, and presses the first stage and the base, and includes a plurality of actuators provided to be symmetrical with respect to the center of the second stage.

또한, 상기 베이스에는 상기 제1스테이지와 연결되어, 상기 액츄에이터의 가압력을 가압방향으로 집중시키도록 제1스테이지의 중심에 대칭되게 복수의 유연가이드를 마련할 수 있다. 여기서, 상기 유연가이드는 상기 연결힌지 및 상기 회전힌지의 각각 중심축선상을 중심으로 상호 이격되게 절취한 '「' 형상을 가지는 한 쌍의 가이드커팅부를 포함할 수 있다.In addition, the base may be connected to the first stage, a plurality of flexible guides may be provided symmetrically to the center of the first stage to concentrate the pressing force of the actuator in the pressing direction. Here, the flexible guide may include a pair of guide cutting parts having a '' 'shape which is spaced apart from each other on a center axis line of each of the connecting hinge and the rotary hinge.

또한, 상기 베이스에는 상기 제1스테이지의 중심에 대해 대칭되면서 상기 제1스테이지의 접선상에 연직되게 요입 형성되어, 상기 엑츄에이터를 수용하는 복수의 수용부를 마련할 수 있다.In addition, the base may be symmetrical with respect to the center of the first stage to be vertically recessed on the tangent of the first stage, it may be provided with a plurality of receiving portion for accommodating the actuator.

또한, 상기 제1 및 제2스테이지는 커팅부에 의해 원형의 형상으로 절취 마련 되며, 상기 제1스테이지외측에는 각각의 상기 수용부에 인접하게 상기 베이스 내측으로 돌출 형성된 복수의 돌출부를 마련할 수 있다.In addition, the first and second stages may be cut out in a circular shape by the cutting part, and a plurality of protrusions protruding into the base adjacent to each of the receiving parts may be provided outside the first stage. .

또한, 상기 연결힌지 및 상기 회전힌지는 상호 상기 제1스테이지의 중심에 대칭되도록 복수개를 마련할 수 있다.In addition, the connecting hinge and the rotary hinge may be provided in plurality so as to be symmetrical with each other in the center of the first stage.

또한, 상기 연결힌지는 상기 제1스테이지 및 상기 제2스테이지를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부와, 상기 각 커팅부에 상호 이격되게 연장 절취된 적어도 하나의 보조커팅부를 포함할 수 있다.The connecting hinge may include a plurality of cutting parts cut apart from each other to connect the first stage and the second stage, and at least one auxiliary cutting part extended and cut apart from each other. Can be.

또한, 상기 회전힌지는 상기 제2스테이지 및 상기 베이스를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부와, 상기 각 커팅부에 상호 이격되게 연장 절취된 적어도 하나의 보조커팅부를 포함할 수 있다.In addition, the rotary hinge may include a plurality of cutting parts cut away from each other to connect the second stage and the base, and at least one auxiliary cutting part extended to be spaced apart from each other. .

본 발명에 따른 스테이지장치는, 압전소자를 이용하는 엑츄에이터로부터 가압력을 전달받아 회전하는 제1스테이지의 회전력이 플렉쳐힌지 구조를 가지면서 각각 제1스테이지 및 제2스테이지, 제2스테이지 및 베이스를 연결하는 연결힌지 및 회전힌지에 의해 제1스테이지 내측의 시편이 올려지는 제2스테이지에 전달된다. 따라서, 제2스테이지의 회전 위치오차를 줄일 수 있어 초정밀의 위치제어가 가능하게 된다.The stage device according to the present invention has a structure in which the rotational force of the first stage rotating by receiving a pressing force from an actuator using a piezoelectric element has a flexure structure, connecting the first stage and the second stage, the second stage, and the base, respectively. The connecting hinge and the rotating hinge are delivered to the second stage on which the specimen inside the first stage is placed. Therefore, the rotational position error of the second stage can be reduced, and the ultra-precise position control is possible.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지장치의 사시도이며, 도 3은 도 2의 분해사시도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 스테이지장치는, 베이스(100), 제1스테이지(200), 제2스테이지(300), 연결힌지(400), 회전힌지(500), 엑츄에이터(600)를 구비한다.2 is a perspective view of a stage apparatus according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an exploded perspective view of FIG. 2 and 3, the stage apparatus includes a base 100, a first stage 200, a second stage 300, a connection hinge 400, a rotation hinge 500, and an actuator 600. Equipped.

상기 베이스(100)는 움직이지 않도록 고정되며, 이후 설명될 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300)가 회전 가능한 상태로 형성되는 판 형상 부재이다. 이러한, 상기 베이스(100)는 커팅부(140)(141)(410)(510)에 의해 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2테이지(300), 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300)를 연결하는 적어도 하나의 연결힌지(400), 상기 제2스테이지(300) 및 상기 베이스(100)를 연결하는 적어도 하나의 회전힌지(500)가 형성된다. 여기서, 상기 커팅부(140)(141)(410)(510)는 와이어커팅에 의해 가공되는 것이 바람직하나, 레이져와 같은 가공으로 형성할 수 있음은 물론이다.The base 100 is fixed so as not to move, and the first stage 200 and the second stage 300, which will be described later, are formed in a rotatable state. The base 100 is formed by the cutting units 140, 141, 410, and 510 of the first stage 200, the second stage 300, the first stage 200, and the first stage. At least one connecting hinge 400 connecting the two stages 300, at least one rotary hinge 500 connecting the second stage 300 and the base 100 are formed. Here, the cutting parts 140, 141, 410, 510 is preferably processed by wire cutting, it can be formed of a process such as laser, of course.

그리고, 상기 베이스(100)에는 상기 제1스테이지(200)의 중심에 대칭된 상태로 배치되며, 이후 설명될 상기 제1스테이지(200)와 연결되는 복수의 유연가이드(110)들을 구비할 수 있다. 이러한, 각 상기 유연가이드(110)들은 이후 설명될 상기 액츄에이터(600)의 가압력이 발생될 때, 상기 가압력을 가압방향으로 집중시킴으로써, X축 및 Y축방향으로의 강성을 증가시켜 기생힘이 발생되지 않게 하여, 상기 제1스테이지(200)에 순수한 회전력만이 전달될 수 있게 한다. 여기서, 상기 유연가이드(110)는 상기 연결힌지(400) 및 상기 회전힌지(500)의 각각 중심축선상을 중심으로 상호 이격되게 절취된 '「' 형상의 가이드커팅부(111)를 한 쌍으로 마 련한다. 이러한, 상기 가이드커팅부(111) 역시, 상기 커팅부(140)(141)(410)(510)와 마찬가지로 와이어커팅이나 레이져에 의해 가공 형성할 수 있다.In addition, the base 100 may include a plurality of flexible guides 110 arranged in a symmetrical state at the center of the first stage 200 and connected to the first stage 200 to be described later. . Each of the flexible guides 110, when the pressing force of the actuator 600 to be described later is generated, by concentrating the pressing force in the pressing direction, thereby increasing the rigidity in the X-axis and Y-axis direction to generate parasitic force In this way, only pure rotational force can be transmitted to the first stage 200. Here, the flexible guide 110 is a pair of '' 'shaped guide cutting portion 111 cut apart from each other on the center axis line of each of the connecting hinge 400 and the rotary hinge 500 in a pair. To be prepared. The guide cutting portion 111 may also be formed by wire cutting or laser processing similarly to the cutting portions 140, 141, 410 and 510.

또한, 상기 베이스(100)에는 상기 제1스테이지(200)의 접선 상에 연직되게 요입 형성한 한 쌍의 수용부(120)를 마련한다. 이러한, 상기 수용부(120)에는 이후 설명될 상기 엑츄에이터(600)를 각각 삽입 설치한다. 여기서, 상기 수용부(120)는 한 쌍이 마련된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 상기 제1스테이지(200)의 중심에 대해 대칭을 이루도록 복수 구비할 수도 있다. 즉, 상기 수용부(120)는 이후 설명될 상기 엑츄에이터(600)를 제1스테이지(200)의 중심에 대해 180°등각도로 이격되게 배치함과 동시에 상기 제1스테이지(200)의 접선방향에 연직되게 상기 엑츄에이터(600)가 배치되게 함으로써, 상기 엑츄에이터(600)의 가압방향이 상기 엑츄에이터(600)의 길이방향으로 작용한다면, 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300)가 회전할 수 있게 된다. 또한, 상기 베이스(100)에는 이후 설명될 상기 엑츄에이터(600)의 단부를 삽입 결합하도록 엑츄에이터결합부(121)를 형성할 수도 있다.In addition, the base 100 is provided with a pair of accommodating parts 120 which are recessed and formed vertically on the tangent of the first stage 200. Such, the receiving portion 120 is inserted into the actuator 600 to be described later, respectively. Here, although the receiving part 120 is shown as a pair is provided, but not limited to this may be provided with a plurality so as to form a symmetry with respect to the center of the first stage (200). That is, the accommodating part 120 arranges the actuator 600 to be described later to be spaced 180 degrees with respect to the center of the first stage 200 and at the same time perpendicular to the tangential direction of the first stage 200. By arranging the actuator 600, if the pressing direction of the actuator 600 acts in the longitudinal direction of the actuator 600, the first stage 200 and the second stage 300 may rotate. It becomes possible. In addition, the base 100 may be formed with an actuator coupling portion 121 to insert and couple the end of the actuator 600 which will be described later.

상기 제1스테이지(200)는 상기 베이스(100) 내측에 상기 커팅부(140)로써 회전가능하게 원형 형상으로 마련된다. 상기 제1스테이지(200)는 이후 설명될 상기 엑츄에이터(600)의 가압력을 전달받아 회전하게 된다. 여기서, 상기 제1스테이지(200)의 외측부에는 상기 베이스(100)의 각 수용부(120)에 인접하게 상기 베이스(100) 내측으로 돌출 형성된 복수의 돌출부(210)를 구비한다. 이러한, 상기 돌출부(210)는 상기 수용부(120)와 연통되어, 이후 상기 수용부(120)에 설치되는 상기 엑츄에이터(600)의 동작시, 상기 제1스테이지(200)가 가압력을 전달받을 수 있게 한다. 여기서, 상기 돌출부(210)는 한 쌍의 상기 수용부(120)에 대응되게 한 쌍이 마련된 것으로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고, 상기 수용부(120)가 복수 구비될 경우, 그에 대응되게 복수 구비할 수도 있다.The first stage 200 is provided in a circular shape rotatably as the cutting unit 140 inside the base 100. The first stage 200 is rotated by receiving the pressing force of the actuator 600 to be described later. Here, the outer side of the first stage 200 is provided with a plurality of protrusions 210 protruding into the base 100 adjacent to each receiving portion 120 of the base 100. This, the protrusion 210 is in communication with the receiving portion 120, after the operation of the actuator 600 installed in the receiving portion 120, the first stage 200 can receive the pressing force. To be. Here, although the protrusion 210 is shown as a pair is provided to correspond to the pair of the receiving portion 120, but not limited to this, if a plurality of the receiving portion 120 is provided, correspondingly provided with a plurality It may be.

상기 제2스테이지(300)는 상기 제1스테이지(200) 내측에 동일 중심을 가지도록 상기 커팅부(141)로써 회전가능하게 원형 형상으로 마련된다. 상기 제2스테이지(300)는 상기 제1스테이지(200)의 회전력을 전달받아 미세회전하게 된다. 이러한, 상기 제2스테이지(300) 상부에는 웨이퍼 등과 같은 시편을 안착시킬 수 있는 별도의 지지부(도면미도시)를 가질 수도 있음은 물론이다.The second stage 300 is provided in a circular shape rotatably with the cutting part 141 to have the same center inside the first stage 200. The second stage 300 is finely rotated by receiving the rotational force of the first stage 200. The second stage 300 may have a separate support portion (not shown) for mounting a specimen such as a wafer.

상기 연결힌지(400)는 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300)를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부(410)에 의해 형성된다. 여기서, 상기 연결힌지(400)는 적어도 하나 구비된다. 상기 연결힌지(400)는 상기 제1스테이지(200)에 대해 상기 제2스테이지(300)가 상기 베이스(100) 판면상에서 회전이동가능하게 무마찰의 탄성력을 가지게 하며, 이러한, 상기 연결힌지(400)는 플렉쳐힌지로써, 무마찰탄성베어링 구조를 가지게 된다. 여기서, 각 상기 커팅부(410)에는 상호 이격된 상태로 연장 절취되게 적어도 하나의 보조커팅부(420)를 형성한다. 이러한, 상기 보조커팅부(420)는 상기 엑츄에이터(600)의 가압력이 상기 제1스테이지(200)를 거쳐 상기 제2스테이지(300)로 전달시 분산되는 것을 방지하여 상기 엑츄에이터(600)의 가압력을 가압방향으로 집중시킴으로서 상기 엑츄에이터(600)로부터 전달받는 가압력을 용이하게 제어할 수 있게 된다. 여기서, 상기 보조커팅 부(420)는 상기 커팅부(410)와 마찬가지로 와이어커팅이나 레이져에 의한 가공으로 형성될 수 있다.The connecting hinge 400 is formed by a plurality of cutting parts 410 cut away from each other to connect the first stage 200 and the second stage 300. Here, at least one connection hinge 400 is provided. The connection hinge 400 has the second stage 300 with respect to the first stage 200 has a frictionless elastic force rotatably moveable on the base 100 plate surface, such, the connection hinge 400 ) Is a complex hinge and has a frictionless elastic bearing structure. Here, at least one auxiliary cutting part 420 is formed in each of the cutting parts 410 to be extended and cut in a state spaced apart from each other. The auxiliary cutting unit 420 prevents the pressing force of the actuator 600 from being distributed when the pressing force of the actuator 600 is transferred to the second stage 300 through the first stage 200 to prevent the pressing force of the actuator 600. By concentrating in the pressing direction, the pressing force received from the actuator 600 can be easily controlled. Here, the auxiliary cutting unit 420 may be formed by a wire cutting or a laser processing similarly to the cutting unit 410.

상기 회전힌지(500)는 상기 제2스테이지(300) 및 상기 베이스(100)를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부(510)에 의해 형성된다. 여기서, 상기 회전힌지(500)는 적어도 하나 구비된다. 상기 회전힌지(500)는 일 단부를 상기 베이스(100) 상에 고정시킴으로서, 상기 제1스테이지(300) 및 상기 제2스테이지(400)를 1자유도의 회전력만을 발생시키게 한다. 이러한, 상기 회전힌지(500)는 상기 연결힌지(400)와 마찬가지로 플렉쳐힌지로써, 무마찰탄성베어링 구조를 가지게 된다. 여기서, 각 상기 커팅부(510)에는 상호 이격된 상태로 연장 절취되게 적어도 하나의 보조커팅부(520)를 형성한다. 이러한, 상기 보조커팅부(520)는 상기 연결힌지(400)의 보조커팅부(420)와 마찬가지로 상기 엑츄에이터(600)의 가압력이 상기 제1스테이지(200)를 거쳐 상기 제2스테이지(300)로 전달시 분산되는 것을 방지하여 상기 엑츄에이터(600)의 가압력을 가압방향으로 집중시킴으로서 상기 엑츄에이터(600)로부터 전달받는 가압력을 용이하게 제어할 수 있게 된다. 여기서, 상기 보조커팅부(520)는 상기 커팅부(510)와 마찬가지로 와이어커팅이나 레이져에 의한 가공으로 형성될 수 있다.The rotary hinge 500 is formed by a plurality of cutting parts 510 cut away from each other to connect the second stage 300 and the base 100. Here, the rotary hinge 500 is provided with at least one. The rotary hinge 500 fixes one end on the base 100 to generate the first stage 300 and the second stage 400 with only one degree of rotational force. The rotation hinge 500 is a flex hinge like the connection hinge 400 and has a frictionless elastic bearing structure. Here, at least one auxiliary cutting part 520 is formed in each of the cutting parts 510 to be extended and cut in a state spaced apart from each other. The auxiliary cutting unit 520 has a pressing force of the actuator 600 through the first stage 200 to the second stage 300 similarly to the auxiliary cutting unit 420 of the connection hinge 400. It is possible to easily control the pressing force received from the actuator 600 by concentrating the pressing force of the actuator 600 in the pressing direction by preventing the dispersion during transmission. Here, the auxiliary cutting unit 520 may be formed by a wire cutting or a laser processing similarly to the cutting unit 510.

여기서, 상기 연결힌지(400) 및 상기 회전힌지(500)는 상호 상기 제1스테이지(200)의 중심에 대칭되도록 4개가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고 복수 쌍이 마련될 수 있음은 물론이다.Here, the connection hinge 400 and the rotary hinge 500 is shown that four are installed to be symmetrical with each other in the center of the first stage 200, but a plurality of pairs may be provided without being limited thereto. .

상기 엑츄에이터(600)는 상기 제1스테이지(200) 및 상기 베이스(100) 사이에 복수 마련된다. 이러한, 상기 엑츄에이터(600)는 상기 제2스테이지(300)의 중심에 대해 대칭을 이루도록 설치된다. 즉, 상기 엑츄에이터(600)는 상기 베이스(100)의 수용부(120)에 각각 2개가 180°등간격으로 이격되게 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하지 않고, 등간격으로 배치되는 상기 수용부(120)에 대응되게 삽입 설치될 수 있음은 물론이다. 여기서, 상기 엑츄에이터(600)는 압전소자로 형성된 압전구동기를 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 상기 엑츄에이터(600)는 작동시 복수의 압전소자에 의해 그 길이방향으로 신축가능하게 마련되며, 이러한, 길이의 신축을 이용하여 상기 제1스테이지(200) 및 상기 베이스(100)를 가압하게 된다. 여기서, 상기 엑츄에이터(600)의 일 단부에는 상기 제1스테이지(200)와 접촉가능하도록 접촉볼(610)이 마련되며, 타 단부에는 상기 베이스(100)의 엑츄에이터결합부(121)에 삽입 결합되는 베이스결합부(620)를 구비한다.The actuator 600 is provided in plurality between the first stage 200 and the base 100. The actuator 600 is installed to be symmetrical with respect to the center of the second stage 300. That is, the actuators 600 are shown in the receiving portion 120 of the base 100 are respectively spaced apart at equal intervals 180 °, but is not limited to this, the receiving portion disposed at equal intervals Of course, it can be inserted and installed corresponding to the (120). Here, the actuator 600 preferably uses a piezoelectric driver formed of a piezoelectric element. That is, the actuator 600 is provided to be stretchable in the longitudinal direction by a plurality of piezoelectric elements during operation, and to press the first stage 200 and the base 100 by using the stretch of the length. do. Here, a contact ball 610 is provided at one end of the actuator 600 to be in contact with the first stage 200, the other end is inserted and coupled to the actuator coupling portion 121 of the base 100. The base coupling portion 620 is provided.

여기서, 상기 베이스결합부(620)는 상기 베이스(100)의 수용부(120)에 삽입되어 스크류 등에 의해 결합되는 것이 바람직하다. 그리고, 상기 베이스결합부(620)의 단부에는 제어부(도면미도시)와 연결되는 케이블이 마련된다.Here, the base coupling portion 620 is preferably inserted into the receiving portion 120 of the base 100 is coupled by a screw or the like. And, the end of the base coupling portion 620 is provided with a cable connected to the controller (not shown).

상기 접촉볼(610)은 상기 제1스테이지(200)와 점 접촉하여 상기 제1스테이지(200)를 가압하게 된다. 즉, 상기 접촉볼(610)은 상기 제1스테이지(200)의 돌출부(210)에 점 접촉됨으로써, 상기 엑츄에이터(600)의 가압력이 상기 제1스테이지(200)에 정확하게 전달되어 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300)의 회전 이동이 평면상으로만 제한가능하게 된다.The contact ball 610 is in point contact with the first stage 200 to press the first stage 200. That is, the contact ball 610 is in point contact with the protrusion 210 of the first stage 200, the pressing force of the actuator 600 is correctly transmitted to the first stage 200 to the first stage ( 200 and the rotational movement of the second stage 300 is limited only in the plane.

이같이, 상기 엑츄에이터(600)로 압전소자를 이용한 압전구동기를 사용함으 로써, 종래의 모터와 같은 엑츄에이터에 비해 위치오차를 줄일 수 있게 된다.In this way, by using a piezoelectric actuator using a piezoelectric element as the actuator 600, it is possible to reduce the position error compared to an actuator such as a conventional motor.

이와 같이 구성되는 일실시예에 따른 상기 스테이지장치의 작동을 도 2 및 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the stage apparatus according to an embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 2 and 3.

먼저, 상기 베이스(100)의 판면상에 상기 제1 및 제2스테이지(200)(300)를 θ방향으로 회전시키는 과정을 살펴보면, 상기 엑츄에이터(600)를 모두 구동시킨다. 그러면, 상기 제1스테이지(200)에 회전력이 발생된다. 이때, 상기 유연가이드(110)는 X축 및 Y축방향으로의 강성을 증가시키면서 기생힘이 발생하지 않도록 하여 상기 제1스테이지(200)에 수순한 회전력만이 전달되게 한다. 이렇게, 발생된 상기 제1스테이지(200)의 회전력은 상기 연결힌지(500)를 통해 상기 제2스테이지(300)로 전달되면서 상기 제2스테이지(300)를 X축 및Y축방향으로의 기생힘없는 순수한 회전만을 하게 된다. 이때, 상기 회전힌지(500)는 상기 제2스테이지(300)를 상기 베이스(100)에 고정상태로 연결하여, 상기 제2스테이지(300)가 1자유도의 회전력만을 발생시키게 한다.First, referring to a process of rotating the first and second stages 200 and 300 in the θ direction on the plate surface of the base 100, both the actuators 600 are driven. Then, rotational force is generated in the first stage 200. At this time, the flexible guide 110 is to increase the rigidity in the X-axis and Y-axis direction so that no parasitic force is generated, so that only the pure rotational force is transmitted to the first stage 200. Thus, the generated rotational force of the first stage 200 is transmitted to the second stage 300 through the connecting hinge 500, the parasitic force in the X-axis and Y-axis direction of the second stage 300 Only pure rotation is done. At this time, the rotary hinge 500 is connected to the second stage 300 in the fixed state, so that the second stage 300 generates a rotational force of only one degree of freedom.

이와 같이, 일실시예의 상기 스테이지장치는, 압전소자를 이용하는 상기 엑츄에이터(600)로부터 가압력을 전달받아 회전하는 제1스테이지(200)의 회전력이 플렉쳐힌지 구조를 가지면서 상기 제1스테이지(200) 및 상기 제2스테이지(300), 상기 제2스테이지(300) 및 상기 베이스(100)를 연결하는 상기 연결힌지(400) 및 상기 회전힌지(500)에 의해 상기 제1스테이지(200) 내측의 시편이 올려지는 제2스테이지(300)에 전달된다. 따라서, 상기 제2스테이지(300)의 회전 위치오차를 줄일 수 있어 초정밀의 위치제어가 가능하게 된다.As described above, the stage device of the embodiment has a structure in which the rotational force of the first stage 200 that is rotated by receiving a pressing force from the actuator 600 using a piezoelectric element is a flexure structure of the first stage 200. And a specimen inside the first stage 200 by the connection hinge 400 and the rotation hinge 500 connecting the second stage 300, the second stage 300, and the base 100. The raised stage 2 is delivered to. Therefore, the position error of the rotation of the second stage 300 can be reduced, and ultra-precision position control is possible.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent other embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

도 1은 종래의 스테이지장치를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a conventional stage device.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 스테이지장치의 사시도이다.2 is a perspective view of a stage apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3은 도 2의 분해사시도이다.3 is an exploded perspective view of FIG. 2.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

100: 베이스 140,141,410,510: 커팅부100: base 140,141,410,510: cutting part

200: 제1스테이지 300: 제2스테이지200: first stage 300: second stage

400: 연결힌지 500: 회전힌지400: connecting hinge 500: rotating hinge

600: 엑츄에이터600: actuator

Claims (9)

베이스와;A base; 상기 베이스에 대해 회전가능하게 마련된 제1 및 제2스테이지와;First and second stages rotatably provided relative to the base; 상기 제1스테이지 및 상기 제2스테이지를 연결하는 적어도 하나의 연결힌지와;At least one connecting hinge connecting the first stage and the second stage; 상기 제2스테이지 및 상기 베이스를 연결하는 적어도 하나의 회전힌지와;At least one rotary hinge connecting the second stage and the base; 상기 제1스테이지 및 상기 베이스 사이에 마련되어 상기 제1스테이지 및 상기 베이스를 가압하며, 상기 제2스테이지의 중심에 대해 대칭을 이루도록 마련된 복수의 엑츄에이터를 포함하는 스테이지장치.And a plurality of actuators provided between the first stage and the base to press the first stage and the base and to be symmetrical with respect to the center of the second stage. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 베이스에는 상기 제1스테이지와 연결되어, 상기 액츄에이터의 가압력을 가압방향으로 집중시키도록 제1스테이지의 중심에 대칭되게 복수의 유연가이드가 마련된 스테이지장치.The base unit is connected to the first stage, a stage device provided with a plurality of flexible guides symmetrically to the center of the first stage to concentrate the pressing force of the actuator in the pressing direction. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 유연가이드는 상기 연결힌지 및 상기 회전힌지의 각각 중심축선상을 중심으로 상호 이격되게 절취한 '「' 형상을 가지는 한 쌍의 가이드커팅부를 포함하는 스테이지장치.The flexible guide includes a pair of guide cutting parts having a '' 'shape which is spaced apart from each other about a center axis line of the connecting hinge and the rotary hinge, respectively. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 베이스에는 상기 제1스테이지의 중심에 대해 대칭되면서 상기 제1스테이지의 접선상에 연직되게 요입 형성되어, 상기 엑츄에이터를 수용하는 복수의 수용부가 마련된 스테이지장치.And the base is provided with a plurality of accommodation portions that are symmetrical with respect to the center of the first stage and are vertically recessed on a tangential line of the first stage to accommodate the actuator. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 제1 및 제2스테이지는 커팅부에 의해 원형의 형상으로 절취 마련되는 스테이지장치.And the first and second stages are cut and provided in a circular shape by the cutting unit. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 연결힌지 및 상기 회전힌지는 상호 상기 제1스테이지의 중심에 대칭되도록 복수개가 마련된 스테이지장치.And a plurality of the connecting hinges and the rotating hinges are symmetrical with respect to the center of the first stage. 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,The method according to claim 1 or 6, 상기 연결힌지는 상기 제1스테이지 및 상기 제2스테이지를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부와, 상기 각 커팅부에 상호 이격되게 연장 절취된 적어도 하나의 보조커팅부를 포함하는 스테이지장치.The connecting hinge includes a plurality of cutting parts cut apart from each other so as to connect the first stage and the second stage, and at least one auxiliary cutting part extended and cut apart from each other. . 청구항 1 또는 청구항 6에 있어서,The method according to claim 1 or 6, 상기 회전힌지는 상기 제2스테이지 및 상기 베이스를 연결하도록 상호 이격된 상태로 절취된 복수의 커팅부와, 상기 각 커팅부에 상호 이격되게 연장 절취된 적어도 하나의 보조커팅부를 포함하는 스테이지장치.And the rotary hinge includes a plurality of cutting parts cut apart from each other to connect the second stage and the base, and at least one auxiliary cutting part extended and cut apart from each other. 청구항 4에 있어서,The method according to claim 4, 상기 제1스테이지 외측에는 각각의 상기 수용부에 인접하게 상기 베이스 내측으로 돌출 형성된 복수의 돌출부가 마련된 스테이지장치.And a plurality of protrusions protruding into the base adjacent to each of the receiving portions outside the first stage.
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