KR101234343B1 - 틸트 스테이지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 틸트 스테이지 장치에 관한 것으로, 틸팅 축 중심이 되는 샤프트와 이동 스테이지가 선접촉을 이루도록 구성함으로써, 이동 스테이지의 슬라이드 이동을 위한 유격이 불필요하고, 이에 따라 틸팅 이동 과정 중에 유격에 의한 변위가 발생하지 않아 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하고, 조립 공정 중에 공차의 보정이 가능하여 더욱 정확한 기준 세팅이 가능하고, 이 상태에서 선접촉 상태로 틸팅 이동하기 때문에, 틸팅 이동 과정 중에도 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하며, 마모나 마찰이 상대적으로 감소하여 정확성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있고, 틸팅 축 중심의 양측 가장자리에 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 가이드 블록을 장착함으로써, 이동 스테이지의 틸팅 이동 경로를 가이드함과 동시에 틸팅 이동 저항을 최소화할 수 있는 틸트 스테이지 장치를 제공한다.

Description

틸트 스테이지 장치{Tilt Stage}
본 발명은 틸트 스테이지 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 틸팅 축 중심이 되는 샤프트와 이동 스테이지가 선접촉을 이루도록 구성함으로써, 이동 스테이지의 슬라이드 이동을 위한 유격이 불필요하고, 이에 따라 틸팅 이동 과정 중에 유격에 의한 변위가 발생하지 않아 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하고, 조립 공정 중에 공차의 보정이 가능하여 더욱 정확한 기준 세팅이 가능하고, 이 상태에서 선접촉 상태로 틸팅 이동하기 때문에, 틸팅 이동 과정 중에도 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하며, 마모나 마찰이 상대적으로 감소하여 정확성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있고, 틸팅 축 중심의 양측 가장자리에 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 가이드 블록을 장착함으로써, 이동 스테이지의 틸팅 이동 경로를 가이드함과 동시에 틸팅 이동 저항을 최소화할 수 있는 틸트 스테이지 장치에 관한 것이다.
근래 들어 반도체 장치 등 모든 분야에서의 연구는 보다 많은 데이터를 단시간 내에 처리하기 위하여 반도체 기판의 고집적화 및 고성능화를 추구하는 방향으로 진행되고 있고, 이러한 고직접화 및 고성능화에 따라 미세 구조물의 치수나 미세 구조물들 사이의 간격은 계속 줄어들고 있으며, 반도체 기판상에 정확한 치수로 패턴을 포함하는 미세 구조물을 형성하지 못하게 될 경우에는, 미세 구조물 자체의 불량뿐만 아니라 후속 공정에 영향을 미쳐 반도체 장치의 전체 불량률을 높이는 문제가 발생되기 때문에 반도체 기판에 정확한 치수로 미세 구조물을 형성하는 것이 매우 중요하게 대두되고 있다.
이러한 이유로 인하여 각 미세 구조물을 형성하기 위한 공정 전후에 정확한 치수로 미세 구조물이 형성되는 지를 판별하는 미세 구조물의 측정 공정도 반드시 필요하게 되었고, 이에 따라 미세 구조물의 측정 공정을 판별하기 위한 고니오 스테이지가 개발되어 사용되고 있다.
이러한 고니오 스테이지는 베이스 스테이지와 이동 스테이지로 분리 형성되며, 이동 스테이지는 베이스 스테이지의 상면에 안착되어 원호를 이루는 곡선 이동을 하도록 구성된다. 이동 스테이지의 상면에 카메라 또는 레이저와 같은 광학 부품이 장착되며 곡선 경로를 따라 정밀하게 이동된다.
또한, 이와 같은 곡선 이동을 하는 고니오 스테이지 이외에도 어느 하나의 축을 중심으로 틸팅 이동하는 틸트 스테이지 장치 또한 미세 구조물의 제작 과정에서 사용되고 있는데, 이러한 틸트 스테이지 장치는 베이스 스테이지와 이동 스테이지 사이에 틸팅 축의 중심이 되는 구형의 중심구를 삽입 장착하고, 중심구로부터 이격된 가장자리에 스크류 로드를 장착하여 스크류 로드의 조작을 통해 이동 스테이지의 틸트 각도를 조절하는 방식으로 구성된다.
이와 같은 종래 기술에 따른 틸트 스테이지 장치는 틸팅 축 중심이 구 형태로 형성되어 중심구를 중심으로 이동 스테이지가 슬라이드 이동하도록 구성되므로, 베이스 스테이지 및 이동 스테이지가 중심구의 외주면과 면접촉하도록 구성되고, 이에 따라 제작 공차 또는 조립 공차에 의한 정확한 틸트 이동이 어려울 뿐만 아니라 제작 과정 또한 매우 어렵다는 문제가 있었다. 또한, 틸팅 중심 축이 중심구로 형성되기 때문에 이동 스테이지를 베이스 스테이지와 평행하도록 기준 세팅하는 과정이 매우 어렵고 부정확하다는 문제가 있었다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 틸팅 축 중심이 되는 샤프트와 이동 스테이지가 선접촉을 이루도록 구성함으로써, 이동 스테이지의 슬라이드 이동을 위한 유격이 불필요하고, 이에 따라 틸팅 이동 과정 중에 유격에 의한 변위가 발생하지 않아 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능한 틸트 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조립 공정 중에 공차의 보정이 가능하여 더욱 정확한 기준 세팅이 가능하고, 이 상태에서 선접촉 상태로 틸팅 이동하기 때문에, 틸팅 이동 과정 중에도 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하며, 마모나 마찰이 상대적으로 감소하여 정확성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있는 틸트 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 틸팅 축 중심의 양측 가장자리에 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 가이드 블록을 장착함으로써, 이동 스테이지의 틸팅 이동 경로를 가이드함과 동시에 틸팅 이동 저항을 최소화할 수 있는 틸트 스테이지 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은, 베이스 스테이지; 상기 베이스 스테이지의 상부에 배치되는 제 1 이동 스테이지; 상기 베이스 스테이지와 상기 제 1 이동 스테이지 사이 공간에 X축 방향으로 배치되는 X축 샤프트; 및 상기 제 1 이동 스테이지를 상기 베이스 스테이지에 대해 상기 X축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 사용자에 의해 조작되는 제 1 틸팅 작동 모듈을 포함하고, 상기 X축 샤프트는 원통 형상으로 형성되고, 상기 베이스 스테이지의 상면 및 제 1 이동 스테이지의 하면에는 상기 X축 샤프트의 외주면이 일부 구간 삽입될 수 있도록 X축 결합홈이 서로 대칭되게 형성되고, 상기 X축 결합홈은 상기 X축 샤프트의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치를 제공한다.
이때, 상기 베이스 스테이지 및 제 1 이동 스테이지의 X축 결합홈은 각각 수직 단면 형상이 사다리꼴 형상을 이루며 서로 대칭되게 형성되며, 2개의 경사진 측면에서 상기 X축 샤프트의 외주면과 각각 선접촉하도록 형성될 수 있다.
또한, 상기 X축 샤프트는 제 1의 X축 샤프트와 제 2의 X축 샤프트로 분리 형성되며, 상기 제 1의 X축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 베이스 스테이지에 고정 결합되고, 상기 제 2의 X축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 1 이동 스테이지에 고정 결합될 수 있다.
또한, 상기 베이스 스테이지의 X축 방향 양측 가장자리에는 상기 제 1 이동 스테이지의 X축 방향 양측단면에 밀착 접촉하는 X축 가이드 블록이 장착될 수 있다.
또한, 상기 X축 가이드 블록은 상기 제 1 이동 스테이지와의 접촉면에 슬라이드 볼이 결합되어 상기 슬라이드 볼을 통해 상기 제 1 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 밀착 접촉할 수 있다.
또한, 상기 제 1 틸팅 작동 모듈은, 상기 제 1 이동 스테이지에 수직 방향으로 관통 결합되며 사용자의 회전 조작에 의해 스핀들이 상하 직선 이동하는 스크류 게이지; 및 상기 베이스 스테이지와 상기 제 1 이동 스테이지 사이에 장착되어 상기 제 1 이동 스테이지가 상기 X축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동하도록 상기 제 1 이동 스테이지에 탄성력을 가하는 탄성 스프링을 포함하고, 상기 스크류 게이지의 스핀들은 상기 탄성 스프링에 의한 상기 제 1 이동 스테이지의 틸팅 이동에 따라 상기 베이스 스테이지에 탄성 접촉하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 틸트 스테이지는, 상기 제 1 이동 스테이지의 상부에 배치되는 제 2 이동 스테이지; 상기 제 1 이동 스테이지와 상기 제 2 이동 스테이지 사이 공간에 X축과 직각인 Y축 방향으로 배치되는 Y축 샤프트; 및 상기 제 2 이동 스테이지를 상기 제 1 이동 스테이지에 대해 상기 Y축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 사용자에 의해 조작되는 제 2 틸팅 작동 모듈을 더 포함하고, 상기 Y축 샤프트는 원통 형상으로 형성되고, 상기 제 1 이동 스테이지의 상면 및 제 2 이동 스테이지의 하면에는 상기 Y축 샤프트의 외주면이 일부 구간 삽입될 수 있도록 Y축 결합홈이 서로 대칭되게 형성되고, 상기 Y축 결합홈은 상기 Y축 샤프트의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
이때, 상기 Y축 샤프트는 제 1의 Y축 샤프트와 제 2의 Y축 샤프트로 분리 형성되며, 상기 제 1의 Y축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 1 이동 스테이지에 고정 결합되고, 상기 제 2의 Y축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 2 이동 스테이지에 고정 결합될 수 있다.
본 발명에 의하면, 틸팅 축 중심이 되는 샤프트와 이동 스테이지가 선접촉을 이루도록 구성함으로써, 이동 스테이지의 슬라이드 이동을 위한 유격이 불필요하고, 이에 따라 틸팅 이동 과정 중에 유격에 의한 변위가 발생하지 않아 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능한 효과가 있다.
또한, 조립 공정 중에 공차의 보정이 가능하여 더욱 정확한 기준 세팅이 가능하고, 이 상태에서 선접촉 상태로 틸팅 이동하기 때문에, 틸팅 이동 과정 중에도 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하며, 마모나 마찰이 상대적으로 감소하여 정확성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있는 효과가 있다.
또한, 틸팅 축 중심의 양측 가장자리에 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 가이드 블록을 장착함으로써, 이동 스테이지의 틸팅 이동 경로를 가이드함과 동시에 틸팅 이동 저항을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 조립 구조를 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 Y축 방향 횡단면 형상을 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 X축 방향 횡단면 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 외형을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 조립 구조를 개략적으로 도시한 일부 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 세부 구성을 개략적으로 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 Y축 방향 횡단면 형상을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치의 X축 방향 횡단면 형상을 개략적으로 도시한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치는 이동 스테이지를 X축을 중심으로 정밀하게 틸팅 이동시키는 장치로서, 베이스 스테이지(100)와, 제 1 이동 스테이지(200)와, X축 샤프트(600)와, 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)을 포함하여 구성되며, 이에 더하여 이동 스테이지를 Y축을 중심으로 정밀하게 틸팅 이동시킬 수 있도록 제 2 이동 스테이지(300)와, Y축 샤프트(700)와, 제 2 틸팅 작동 모듈(400b)을 더 포함하여 구성될 수 있다.
베이스 스테이지(100)는 장치 전체를 지지하는 기준 구성으로, 장치가 설치되는 기구물 등에 설치된다. 베이스 스테이지(100)의 상부에는 제 1 이동 스테이지(200)와 제 2 이동 스테이지(300)가 순차적으로 이격되게 배치되는데, 각각의 스테이지(100,200,300)의 중앙부에는 렌즈와 같은 광학 기구물 들이 삽입 결합될 수 있도록 중심 관통홀(H)이 형성된다.
베이스 스테이지(100)와 제 1 이동 스테이지(200) 사이에는 X축 방향으로 배치되는 X축 샤프트(600)가 장착되는데, X축 샤프트(600)는 중심 관통홀(H)의 양측에 각각 위치하도록 장착된다.
제 1 틸팅 작동 모듈(400a)은 제 1 이동 스테이지(200)를 베이스 스테이지(100)에 대해 X축 샤프트(600)를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 구성되며, 사용자에 의해 조작 가능하도록 형성된다.
이러한 구성에 따라 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)을 사용자가 조작하면, 제 1 이동 스테이지(200)는 도 4에 도시된 바와 같이 X축 샤프트(600)를 중심으로 틸팅 이동하며 베이스 스테이지(100)에 대해 경사지게 배치되도록 이동하게 된다. X축 샤프트(600)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 베이스 스테이지(100)의 중심부를 가로지르도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 제 1 이동 스테이지(200)는 X축 샤프트(600)를 중심으로 양측 방향으로 왕복 틸팅 이동하게 된다. 제 1 이동 스테이지(200)의 틸팅 각도는 제 1 이동 스테이지(200)와 베이스 스테이지(100)의 이격 거리에 의해 제한된다.
한편, X축 샤프트(600)는 원통 형상으로 형성되고, 베이스 스테이지(100)의 상면 및 제 1 이동 스테이지(200)의 하면에는 X축 샤프트(600)가 삽입 결합될 수 있도록 각각 서로 대응되는 위치에 X축 결합홈(601)이 서로 대칭되게 형성된다. 또한, X축 결합홈(601)은 X축 샤프트(600)의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성된다.
예를 들면, 도 4의 확대도에 도시된 바와 같이 X축 샤프트(600)는 원통 형상으로 형성되고, 베이스 스테이지(100)의 상면 및 제 1 이동 스테이지(200)의 하면에 형성되는 X축 결합홈(601)은 각각 서로 대칭되는 사다리꼴 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성될 수 있으며, 이때, X축 결합홈(601)은 X축 샤프트(600)의 외주면과 2개의 경사진 측면의 P지점에서 각각 선접촉하도록 형성될 수 있다.
이러한 구조를 통해 X축 샤프트(600)와 베이스 스테이지(100) 및 제 1 이동 스테이지(200)가 각각 면접촉이 아니라 선접촉 구조를 갖게 되므로, 제 1 이동 스테이지(200)의 틸트 이동이 더욱 원활하게 이루어질 수 있으며, 조립 공차에 의한 틸트 이동의 정확도 저하 또한 방지할 수 있다. 즉, X축 샤프트(600)가 외주면에서 베이스 스테이지(100) 및 제 1 이동 스테이지(200)와 2개의 지점에서 선접촉하게 되므로, 면접촉 방식에 비해 조립 공정 중에 공차의 보정이 상대적으로 가능하여 더욱 정확한 기준 세팅이 가능하고, 이와 같은 선접촉 상태로 틸팅 이동하기 때문에, 틸팅 이동 과정 중에도 공차의 보정이 가능하여 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하며, 마모나 마찰이 상대적으로 감소하여 정확성 및 내구성이 더욱 향상될 수 있다.
좀 더 자세히 살펴보면, 종래 기술에 따른 일반적인 틸트 스테이지는 베이스 스테이지와 이동 스테이지가 중심구와 면접촉하며 슬라이드 이동하는 방식으로 이동 스테이지가 틸팅 이동하게 되는데, 이때, 이동 스테이지와 중심구가 완전한 면접촉을 이루게 되면, 이동 스테이지의 슬라이드 이동이 불가능하다. 따라서, 실제 적용되는 틸트 스테이지는 일반적으로 중심구와 이동 스테이지의 접촉면 사이에 미세한 유격이 발생하도록 제작된다. 이러한 한계 때문에, 이동 스테이지와 중심구가 면접촉을 하는 일반 스테이지는 미세한 유격에 의해 틸팅 이동시 변위가 발생하여 정확도가 저하되는 문제가 있었다.
본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치는 틸팅 축 중심이 되는 X축 샤프트(600)와 제 1 이동 스테이지(200) 및 베이스 스테이지(100)가 선접촉을 이루도록 구성되기 때문에, 이동 스테이지의 슬라이드 이동을 위한 유격이 불필요하다. 따라서, 틸팅 이동 과정 중에 유격에 의한 변위가 발생하지 않아 더욱 정확한 틸팅 이동이 가능하다.
한편, 베이스 스테이지(100) 및 제 1 이동 스테이지(200)는 X축 샤프트(600)와 별도의 체결 볼트(T)를 통해 체결 결합될 수 있는데, 이때, X축 샤프트(600)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 제 1의 X축 샤프트(610)와 제 2의 X축 샤프트(620)로 분리 형성되고, 제 1의 X축 샤프트(610)는 체결 볼트(T)에 의해 베이스 스테이지(100)에 고정 결합되고, 제 2의 X축 샤프트(620)는 체결 볼트(T)에 의해 제 1 이동 스테이지(200)에 고정 결합될 수 있다.
이러한 구조에 따라 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)의 조작을 통해 제 1 이동 스테이지(200)를 X축 샤프트(600)를 중심으로 틸팅 이동시키는 과정에서, 제 1 이동 스테이지(200)는 제 2의 X축 샤프트(620)와 함께 회전하며 틸트 이동하게 된다. 따라서, 제 2의 X축 샤프트(620)는 베이스 스테이지(100)의 X축 결합홈(601)과 선접촉 상태로 슬라이드되며 회전 이동하게 되고, 마찬가지 원리로, 제 1 이동 스테이지(200)는 베이스 스테이지(100)에 결합된 제 1의 X축 샤프트(610)와 선접촉 상태로 슬라이드되며 틸팅 이동하게 된다. 따라서, X축 샤프트(600)가 제 1 이동 스테이지(200)의 틸팅 이동 과정 중에 독립적으로 이동하지 않고 제 1 이동 스테이지(200) 또는 베이스 스테이지(100)와 함께 일체로 이동하기 때문에, X축 샤프트(600)의 스테이지(100,200)에 대한 위치가 고정되어 흔들림없이 정확하게 틸팅 이동할 수 있다.
한편, 베이스 스테이지(100)의 X축 방향 양측 가장자리에는 제 1 이동 스테이지(200)의 X축 방향 양측단면에 밀착 접촉하며 제 1 이동 스테이지(200)의 틸팅 이동 경로를 가이드하도록 X축 가이드 블록(500a)이 장착된다. 즉, 제 1 이동 스테이지(200)가 X축 샤프트(600)를 중심으로 틸팅 이동하는 과정에서 X축 방향으로 미세 변위가 발생할 수 있으므로, 이를 방지할 수 있도록 제 1 이동 스테이지(200)의 X축 방향 양측단면에 밀착 접촉하는 X축 가이드 블록(500a)이 장착된다.
이때, X축 가이드 블록(500a)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 이동 스테이지(200)와의 접촉면에 슬라이드 볼(510)이 결합되어 슬라이드 볼(510)을 통해 제 1 이동 스테이지(200)와 점접촉하는 방식으로 밀착 접촉하도록 구성되는 것이 바람직하다.
이에 따라 X축 가이드 블록(500a)과 제 1 이동 스테이지(200)가 점접촉하기 때문에, 제 1 이동 스테이지(200)의 틸팅 이동 과정에서 X축 가이드 블록(500a)에 의해 발생하는 제 1 이동 스테이지(200)에 대한 이동 저항이 감소되므로, 제 1 이동 스테이지(200)가 원활하게 틸팅 이동함과 동시에 X축 방향의 미세 변위 또한 방지된다.
한편, 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)은 제 1 이동 스테이지(200)에 수직 방향으로 관통 결합되며 사용자의 회전 조작에 의해 스핀들(411)이 상하 직선 이동하는 스크류 게이지(410)와, 베이스 스테이지(100)와 제 1 이동 스테이지(200) 사이에 장착되어 제 1 이동 스테이지(200)가 X축 샤프트(600)를 중심으로 틸팅 이동하도록 제 1 이동 스테이지(200)에 탄성력을 가하는 탄성 스프링(420)을 포함하여 구성된다. 이때, 탄성 스프링(420)은 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)이 베이스 스테이지(100)에 접촉하는 방향으로 탄성력을 가하도록 구성된다.
예를 들면, X축 샤프트(600)를 중심으로 좌측 가장자리 부위에 탄성 스프링(420)이 장착되고, X축 샤프트(600)를 중심으로 우측 가장자리 부위에 스크류 게이지(410)가 장착될 수 있으며, 이때, 탄성 스프링(420)은 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)이 베이스 스테이지(100)에 접촉할 수 있도록 제 1 이동 스테이지(200)를 시계 방향으로 틸팅 이동시키는 방향으로 탄성력을 가할 수 있다.
이때, 베이스 스테이지(100)에는 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)이 반력을 받아 접촉 지지될 수 있도록 별도의 제 1 지지판(101)이 형성될 수 있고, 마찬가지로, 제 2 이동 스테이지(300)에 결합된 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)이 접촉 지지될 수 있도록 제 2 지지판(102)이 형성될 수 있다.
이러한 구조에 따라 제 1 이동 스테이지(200)가 수평면을 이루는 기준 상태에서, 사용자의 조작에 의해 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)이 상하 이동하게 되면, 도 4에 도시된 바와 같이 제 1 이동 스테이지(200)는 X축 샤프트(600)를 중심으로 시계 또는 반시계 방향으로 틸팅 이동하게 된다. 예를 들면, 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)을 하향 이동시키면, 제 1 이동 스테이지(200)는 반시계 방향으로 틸팅 이동하게 되고, 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)을 상향 이동시키면, 제 1 이동 스테이지(200)는 탄성 스프링(420)의 탄성력에 의해 시계 방향으로 틸팅 이동하게 된다.
한편, 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)은 다양한 기계 요소를 이용하여 다양한 방식으로 구성될 수 있는데, 예를 들면, 전술한 바와 같이 사용자의 회전 조작에 의해 스핀들(411)이 직선 이동하는 스크류 게이지(410) 형태로 형성될 수 있다. 이러한 스크류 게이지(410)는 마이크로 미터 등에 사용되는 구성으로, 슬리브 외주면에 장착된 심블을 사용자가 회전 조작하면, 슬리브 내부에 형성된 이중 스크류 구조를 통해 스핀들(411)이 미세하게 직선 이동하도록 구성되며, 매우 정밀한 이동이 가능하여 정밀 기구 또는 정밀 계측기 등에 사용되고 있으므로, 상세한 설명은 생략한다.
이상에서는 베이스 스테이지(100)와 제 1 이동 스테이지(200)와의 틸팅 이동 구조를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 틸트 스테이지 장치는 제 1 이동 스테이지(200)의 상부에 Y축 샤프트(700)를 중심으로 틸팅 이동할 수 있는 제 2 이동 스테이지(300)가 더 구비될 수 있다. 이때, Y축 샤프트(700)는 X축 샤프트(600)와 직각 방향인 Y축 방향으로 배치될 수 있다.
좀 더 자세히 살펴보면, 제 2 이동 스테이지(300)는 제 1 이동 스테이지(200)의 상부에 배치되고, 제 1 이동 스테이지(200)와 제 2 이동 스테이지(300) 사이에는 Y축 샤프트(700)가 Y축 방향으로 배치된다. 또한, 제 2 이동 스테이지(300)를 제 1 이동 스테이지(200)에 대해 Y축 샤프트(700)를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 사용자에 의해 조작되는 제 2 틸팅 작동 모듈(400b)이 구비될 수 있다.
이러한 구성은 전술한 베이스 스테이지(100)와 제 1 이동 스테이지(200)의 결합 구조와 동일한 방식이므로, 여기서는 상세한 설명은 생략하고 간략하게 살펴본다.
즉, Y축 샤프트(700)는 원통 형상으로 형성되고, 제 1 이동 스테이지(200)의 상면 및 제 2 이동 스테이지(300)의 하면에는 Y축 샤프트(700)의 외주면이 일부 구간 삽입될 수 있도록 Y축 결합홈(701)이 서로 대칭되게 형성되고, Y축 결합홈(701)은 Y축 샤프트(700)의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성된다. 이때, Y축 샤프트(700)는 X축 샤프트(600)와 마찬가지로 제 1의 Y축 샤프트(710)와 제 2의 Y축 샤프트(720)로 분리 형성되며, 제 1의 Y축 샤프트(710)는 별도의 체결 볼트(T)에 의해 제 1 이동 스테이지(200)에 고정 결합되고, 제 2의 Y축 샤프트(720)는 별도의 체결 볼트(T)에 의해 제 2 이동 스테이지(300)에 고정 결합된다. 또한, 제 1 이동 스테이지(200)의 Y축 방향 양측 가장자리에는 제 2 이동 스테이지(300)의 Y축 방향 양측단면에 밀착 접촉하며 제 2 이동 스테이지(300)의 틸팅 이동 경로를 가이드하도록 Y축 가이드 블록(500b)이 장착된다.
아울러, 제 2 틸팅 작동 모듈(400b)은 제 1 틸팅 작동 모듈(400a)과 마찬가지로 스크류 게이지(410)와 탄성 스프링(420)을 포함하여 구성될 수 있으며, 스크류 게이지(410)의 스핀들(411)은 베이스 스테이지(100)에 형성된 제 2 지지판(102)에 접촉 지지되도록 구성된다. 이때, 탄성 스프링(420)은 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 코일 스프링과 판 스프링 형태로 형성될 수 있으며, Y축 샤프트(700)를 중심으로 양측에 각각 코일 스프링과 판 스프링이 장착되며, 어느 하나는 제 1 이동 스테이지(200)와 제 2 이동 스테이지(300)의 간격이 넓어지게 하는 방향으로 탄성력이 작용하고, 나머지 하나는 제 1 이동 스테이지(200)와 제 2 이동 스테이지(300)의 간격이 좁아지게 하는 방향으로 탄성력이 작용하도록 구성될 수 있다.
이와 같은 구조에 따라 제 2 이동 스테이지(300)는 제 1 이동 스테이지(200)에 대해 Y축 샤프트(700)를 중심으로 틸팅 이동하게 되며, Y축 샤프트(700)와 선접촉 상태로 틸팅 이동하게 되므로, Y축 샤프트(700)를 중심으로 한 틸팅 이동 또한 원활한 이동 및 정밀도가 향상되고, 기준 세팅 작업 또한 용이하게 수행된다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 베이스 스테이지 200: 제 1 이동 스테이지
300: 제 2 이동 스테이지 400a: 제 1 틸팅 작동 모듈
400b: 제 2 틸팅 작동 모듈 410: 스크류 게이지
420: 탄성 스프링 500a: X축 가이드 블록
500b: Y축 가이드 블록 510: 슬라이드 볼
600: X축 샤프트 601: X축 결합홈
700: Y축 샤프트 701: Y축 결합홈

Claims (8)

  1. 베이스 스테이지;
    상기 베이스 스테이지의 상부에 배치되는 제 1 이동 스테이지;
    상기 베이스 스테이지와 상기 제 1 이동 스테이지 사이 공간에 X축 방향으로 배치되는 X축 샤프트;
    상기 제 1 이동 스테이지를 상기 베이스 스테이지에 대해 상기 X축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 사용자에 의해 조작되는 제 1 틸팅 작동 모듈;
    상기 제 1 이동 스테이지의 상부에 배치되는 제 2 이동 스테이지;
    상기 제 1 이동 스테이지와 상기 제 2 이동 스테이지 사이 공간에 X축과 직각인 Y축 방향으로 배치되는 Y축 샤프트; 및
    상기 제 2 이동 스테이지를 상기 제 1 이동 스테이지에 대해 상기 Y축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동시킬 수 있도록 사용자에 의해 조작되는 제 2 틸팅 작동 모듈
    을 포함하고, 상기 X축 샤프트는 원통 형상으로 형성되고, 상기 베이스 스테이지의 상면 및 제 1 이동 스테이지의 하면에는 상기 X축 샤프트의 외주면이 일부 구간 삽입될 수 있도록 X축 결합홈이 서로 대칭되게 형성되고, 상기 X축 결합홈은 상기 X축 샤프트의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성되며,
    상기 X축 샤프트는 제 1의 X축 샤프트와 제 2의 X축 샤프트로 분리 형성되며, 상기 제 1의 X축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 베이스 스테이지에 고정 결합되고, 상기 제 2의 X축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 1 이동 스테이지에 고정 결합되며,
    상기 Y축 샤프트는 원통 형상으로 형성되고, 상기 제 1 이동 스테이지의 상면 및 제 2 이동 스테이지의 하면에는 상기 Y축 샤프트의 외주면이 일부 구간 삽입될 수 있도록 Y축 결합홈이 서로 대칭되게 형성되고, 상기 Y축 결합홈은 상기 Y축 샤프트의 외주면과 적어도 하나 이상의 지점에서 선접촉하도록 다각형 형태의 수직 단면 형상을 갖도록 형성되며,
    상기 Y축 샤프트는 제 1의 Y축 샤프트와 제 2의 Y축 샤프트로 분리 형성되며, 상기 제 1의 Y축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 1 이동 스테이지에 고정 결합되고, 상기 제 2의 Y축 샤프트는 별도의 체결 볼트에 의해 상기 제 2 이동 스테이지에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 스테이지 및 제 1 이동 스테이지의 X축 결합홈은 각각 수직 단면 형상이 사다리꼴 형상을 이루며 서로 대칭되게 형성되며, 2개의 경사진 측면에서 상기 X축 샤프트의 외주면과 각각 선접촉하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 베이스 스테이지의 X축 방향 양측 가장자리에는 상기 제 1 이동 스테이지의 X축 방향 양측단면에 밀착 접촉하는 X축 가이드 블록이 장착되는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 X축 가이드 블록은 상기 제 1 이동 스테이지와의 접촉면에 슬라이드 볼이 결합되어 상기 슬라이드 볼을 통해 상기 제 1 이동 스테이지와 점접촉하는 방식으로 밀착 접촉하는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 또는 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 틸팅 작동 모듈은
    상기 제 1 이동 스테이지에 수직 방향으로 관통 결합되며 사용자의 회전 조작에 의해 스핀들이 상하 직선 이동하는 스크류 게이지; 및
    상기 베이스 스테이지와 상기 제 1 이동 스테이지 사이에 장착되어 상기 제 1 이동 스테이지가 상기 X축 샤프트를 중심으로 틸팅 이동하도록 상기 제 1 이동 스테이지에 탄성력을 가하는 탄성 스프링
    을 포함하고, 상기 스크류 게이지의 스핀들은 상기 탄성 스프링에 의한 상기 제 1 이동 스테이지의 틸팅 이동에 따라 상기 베이스 스테이지에 탄성 접촉하는 것을 특징으로 하는 틸트 스테이지 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
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