KR101333738B1 - 별도의 선형이동유닛이 구비된 나노스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노스테이지에 관한 것으로서, 작업대상물이 놓여지는 작업대, 회전력을 인가받아 회전하여 상기 작업대를 축 방향으로 이송시키는 이송샤프트, 상기 이송샤프트를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지하는 지지유닛 및 압전소재로 이루어져 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛을 이동시킴으로써 상기 이송샤프트 전체를 축 방향으로 이동시키는 선형이동유닛을 포함하여 구성되는 별도의 선형이동유닛이 구비된 나노스테이지가 개시된다.

Description

별도의 선형이동유닛이 구비된 나노스테이지{Nano Stage Having Separate Linear Moving Unit}

본 발명은 스테이지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 별도의 선형이동유닛을 구비하여 작업대의 거시적 변위와 미시적 변위의 조절이 동시에 가능한 나노스테이지에 관한 것이다.

일반적으로 나노미터 수준의 매우 정밀한 초정밀 계측기술 및 공정제어기술은 광학부품과 같은 고정도 부품의 형상을 단시간에 측정하거나, 초고집적화 반도체 공정에서 마스크 선폭을 측정하며, 레이저로 초정밀 치수의 형상을 미세 가공하는 등의 다양한 분야에 걸쳐 점차 활용성이 증대되고 있다.

이러한 나노 소자기술에 관련된 장치로는 집속 이온빔(FIB: Focused Ion Beam) 장치와 전자현미경(SEM: Scanning Electron Microsope)장치가 있으며, 대상 소재의 위치를 미세하게 제어하기 위한 스테이지등이 있다.

통상 상기 스테이지는 대상물이 놓여지는 작업대와, 상기 작업대를 X축, Y축으로 이동시키기 위한 구동부 및 회전시키기 위한 회전부로 이루어진다.

이와 관련하여, 도 1은 한국 등록특허 제 0975137호의 "고강성 듀얼 서보 나노스테이지의" 측면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 스테이지는 작업대(10), 회전력을 제공하는 모터(20), 작업대(10)를 이송시키는 샤프트(30) 및 선형이동부(40)를 포함하여 구성된다.

상기 작업대(10)는 작업대상물이 상면에 놓여지며 작업대상물의 위치를 이동시킬 수 있게끔 평면 또는 공간상에서 이동 가능하게 구성된다.

그리고 회전에 의해 상기 작업대(10)를 이송시키는 샤프트(30) 및 상기 샤프트(30)를 회전시키는 모터(20)가 구비된다.

상기 모터(20)는 설치면(90)에 구비된 고정대(91)에 고정되어 구비된다. 상기 설치면(90)은 지면일 수도 있고 또는 다른 장치의 어느 일면일 수도 잇다.

상기 샤프트(30)는 일측이 상기 모터(20)의 회전축에 결합되어 상기 모터(20)의 구동에 의해 회전을 한다. 그리고 상기 샤프트(30)는 베어링(51) 및 상기 베어링(51)이 이탈되지 않게 외부에서 감싸는 베어링하우징(50)이 양 끝단에 구비되어 회전이 원활하게 이루어지도록 한다.

이와 같이 구성된 상기 샤프트(30)는, 회전을 통해서 상기 작업대(10)의 하측에 구비된 슬라이더(11)를 이동시키고 이를 통해서 상기 작업대(10)가 상기 샤프트(30)의 축 방향을 따라 이동된다.

상기 선형이동부(40)는 자체가 신축이 가능하도록 피에조소자로 구성된 액츄에이터로 구성되어 신축을 통해 상기 샤프트(30)를 축 방향으로 이동시킨다. 상기 선형이동부(40)는 전력을 인가받아 길이가 증가되며, 이에 따라서 상기 샤프트(30)를 이동시킨다.

상기 선형이동부(40)는 상기 모터(20)와 상기 베어링(51) 하우징 사이에 구비되며 내부에 상기 샤프트(30)가 삽입되는 중공이 형성되고 일단이 상기 베어링하우징(50)의 내주면에 삽입되어 구성된다.

또한, 상기 선형이동부(40)는 일단이 상기 베어링하우징(50)의 내주면에 삽입될 수 있도록 단차지게 형성되며 상기 단차진 단은 신축에 따라 상기 베어링(51) 및 베어링하우징(50)을 일측으로 가압할 수 있도록 이루어지는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 선형이동부(40)의 신축이 일어나면 상기 샤프트(30) 전체가 축 방향을 따라서 이동을 하여 상기 작업대(10)가 미세하게 이동된다.

이와 같이 구성된 스테이지는 상기 샤프트(30)의 회전에 의해서 상기 작업대(10)의 거시적 이동이 조절되고, 상기 선형이동부(40)의 신축에 의해서 상기 작업대(10)의 미시적 이동이 조절된다.

하지만, 상기 선형이동부(40)가 상기 구동모터(20)와 상기 베어링하우징(50) 사이에 구비되기 때문에 길이가 한정된다. 즉, 상기 선형이동부(40)를 통해서 상기 작업대(10)가 미시적으로 이동됨에 있어서, 상기 선형이동부(40)의 신축이 가능한 길이가 제한적이기 때문에 상기 작업대(10)의 미시적 이동거리가 제한적인 문제점이 있다.

그래서 상기 작업대(10)의 거시적 이동에 대한 오차가 상기 선형이동부(40)의 신축 한계치보다 크기 때문에, 상기 작업대(10)의 미시적 이동과 거시적 이동이 동시에 가능하지 않고 따로 해야 하는 문제점이 있다.

또한, 상기 선형이동부(40)의 제조시 별도의 중공을 형성해야 하기 때문에 제조과정이 복잡하고 제조에 드는 비용도 증가하는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 종래의 나노스테이지에 관한 것으로서, 작업대의 미세변위 조절을 위한 선형이동유닛이 별도로 구비되어 선형이동유닛의 신축범위가 유동적으로 조절이 가능하며, 작업대의 변위조절에 있어서 연속적인 피드백제어가 가능한 나노스테이지를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 작업대상물이 놓여지는 작업대, 회전력을 인가받아 회전하여 상기 작업대를 축 방향으로 이송시키는 이송샤프트, 상기 이송샤프트를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지하는 지지유닛 및 압전소재로 이루어져 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛을 이동시킴으로써 상기 이송샤프트 전체를 축 방향으로 이동시키는 선형이동유닛을 포함하여 구성된다.

상기 작업대는, 상기 이송샤프트에 의해서 거시적 변위가 조절되고 상기 선형이동유닛에 의해서 미시적 변위가 조절될 수 있다.

그리고 상기 이송샤프트의 회전 및 상기 선형이동유닛의 신축이 동시에 일어나 상기 작업대의 변위를 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 선형이동유닛은 상기 이송샤프트의 회전축과 평행하도록 구성되어 길이방향을 따라 신축이 되며, 탈착이 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 선형이동유닛은 상기 이송샤프트의 회전축을 중심으로 서로 대응되도록 한 쌍으로 구성되어 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛에 결합될 수 있다.

상기 지지유닛은 일단이 전체를 지지하는 고정베이스와 결합되며 중간부가 상기 선형이동유닛의 신축에 의해서 휘어짐이 가능하도록 굽힘부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 선형이동유닛은, 피에조소자를 이용한 액츄에이터인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 이송샤프트는 외주면에 나사산이 형성되며, 상기 작업대는 상기 나사산에 대응되도록 형성되어 상기 이송샤프트의 회전에 의해서 상기 작업대가 이동되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 나노스테이지는 상기 지지유닛이 구비된 타측에 구비되어 상기 이송샤프트를 지지하며, 상기 선형이동유닛에 의해서 이동된 이송샤프트의 이송량만큼 탄성 변형하는 보조지지유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따른 나노스테이지는 작업대상물이 놓여지는 작업대, 회전력을 인가받아 회전하여 상기 작업대를 회전시키는 이송샤프트, 상기 이송샤프트를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지하는 지지유닛 및 압전소재로 이루어져 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛을 이동시킴으로써 상기 이송샤프트 전체를 축 방향으로 이동시키는 선형이동유닛을 포함하여 구성된다.

상기 이송샤프트는 외주의 일부분에 웜기어가 형성되며, 상기 작업대는 상기 웜기어에 대응되도록 외주면에 톱니가 구비된 윔휠로 형성되어 상기 이송샤프트의 회전에 의해서 상기 작업대가 회전하도록 구성될 수 있다.

상기 작업대는 상기 이송샤프트에 의해서 거시적 회전이 조절되고 상기 선형이동유닛에 의해서 미시적 회전이 조절될 수 있다.

상기 이송샤프트의 회전 및 상기 선형이동유닛의 신축이 동시에 일어나 상기 작업대의 회전변위를 조절할 수 있다.

상기 선형이동유닛은 상기 이송샤프트의 회전축과 평행하도록 구성되어 길이방향을 따라 신축되며 탈착 가능하게 구성되어 선택적으로 교체가 가능하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 선형이동유닛은 상기 이송샤프트의 길이방향을 중심으로 서로 대응되도록 한 쌍으로 구성되어 일단이 상기 지지유닛에 고정 결합되도록 구성할 수 있다.

그리고 상기 지지유닛은 일단이 전체를 지지하는 고정베이스와 결합되며 중간부가 상기 선형이동유닛의 신축에 의해서 휘어짐이 가능하도록 굽힘부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 선형이동유닛은 피에조소자를 이용한 액츄에이터인 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 작업대는 회전축이 상기 이송샤프트의 회전축과 교차되도록 구비될 수 있다.

그리고 상기 지지유닛이 구비된 타단에 구비되어 상기 이송샤프트를 지지하며, 상기 선형이동유닛에 의해서 이동된 이송샤프트의 이송량만큼 탄성 변형하는 보조지지유닛을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 나노스테이지에 있어서 작업대의 거시적 변위는 이송샤프트의 회전을 통해서 조절되고 미시적 변위는 선형이동유닛의 신축을 통해서 조절된다. 이를 통해 이송샤프트의 회전 및 선형이동유닛의 신축이 동시에 일어나도록 함으로써 연속적인 피드백 제어를 통해 상기 작업대의 변위 조절이 가능한 효과가 있다.

둘째, 작업대의 미시적 변위를 조절하는 선형이동유닛의 교체를 통해서 선형이동유닛의 신축 가능 범위가 조절이 가능하도록 구성됨으로써 사용자가 작업대의 미시적 변위조절 범위를 선택적으로 조절할 수 있는 효과가 있다.

셋째, 선형이동유닛은 별도의 중공을 형성하지 않기 때문에 제조 과정이 단순해질 뿐만 아니라 선형이동유닛의 크기와 길이의 제약도 줄어들게 된다. 또한, 선형이동유닛은 원통형이나 다각형등 다양한 형태로 형성될 수 있기 때문에 제조에 드는 비용이 절감되고 다양하게 적용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 종래의 스테이지에 대한 구성을 간략하게 나타낸 측면도;
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노스테이지의 구성을 나타낸 사시도;
도 3은 도 2의 나노스테이지의 구성을 나타낸 평면도;
도 4는 도 2의 이송샤프트의 회전에 따른 작업대의 거시적 이동을 나타낸 도면;
도 5는 도 2의 선형이동유닛의 신축에 따른 작업대의 미시적 이동을 나타낸 도면;
도 6은 도 2의 지지유닛의 제 1변형예를 나타낸 평면도;
도 7은 도 2의 지지유닛의 제 2변형예를 나타낸 평면도;
도 8은 도 2의 지지유닛의 제 3변형예를 나타낸 평면도;
도 9는 도 2의 선형이동유닛의 변형된 구성을 나타낸 평면도; 및
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노스테이지의 구성을 나타낸 평면도 이다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 나노스테이지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 통하여 설명한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정형태로 한정하려는 것이 아니라 본 실시예를 통해서 좀더 명확한 이해를 돕기 위함이다.

또한, 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.

제 1실시예

도 2 및 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노스테이지의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 2의 나노스테이지의 구성을 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 나노스테이지는 크게 작업대(100), 이송샤프트(200), 지지유닛(300), 보조지지유닛(400) 및 선형이동유닛(500)으로 구성된다.

상기 작업대(100)는 일면에 작업대상물이 놓여지며, 상기 작업대(100)의 이송 및 회전에 의해서 작업대상물의 위치가 이동된다. 그리고 상기 작업대(100)는 일측에 위치하여 상기 이송샤프트(200)가 관통되도록 형성되고 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라서 이동이 가능하도록 결합되는 슬라이더(110)가 더 구비된다.

상기 이송샤프트(200)는 일측이 회전력을 제공하는 구동모터(M)와 결합되며 상기 구동모터(M)의 구동에 의해서 회전력을 인가받아 회전한다. 여기서, 상기 이송샤프트(200)는 외주면에 나사산(210)이 형성되고, 상기 작업대(100)는 상기 이송샤프트(200)가 관통되며 내면이 상기 나사산(210)에 주합되도록 형성된 상기 슬라이더(110)가 일측에 구비된다. 그래서 상기 이송샤프트(200)의 회전에 의해 상기 작업대(100)가 축 방향으로 이송된다.

이때, 본 실시예에서는 상기 구동모터(M)와 상기 이송샤프트(200)가 직접 결합되도록 구성하였지만 직접 결합되지 않고 별도의 기어박스(미도시)를 구비하여 상기 구동모터(M)의 회전력이 상기 이송샤프트(200)로 전달될 수 있도록 구성할 수 있다. 이는 특정한 형상에 한정하는 것이 아니라 상기 구동모터(M)의 회전력을 상기 이송샤프트(200)로 전달할 수 있는 구성이라는 어떤 구성이든지 적용이 가능할 것이다.

상기 지지유닛(300)은 일측이 고정베이스(600)와 결합되며 중간부에 상기 이송샤프트(200)가 결합되며 상기 고정베이스(600)와 상기 이송샤프트(200) 사이에 외력에 의해서 일정각도 굽힘이 가능하도록 형성된 굽힘부(310)를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 이송샤프트(200)를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지한다. 또한, 상기 지지유닛(300)은 상기 이송샤프트(200)와의 접촉면 일부에 복수 개의 베어링(320)이 구비되어 상기 이송샤프트(200)의 회전이 용이하도록 한다.

여기서, 본 실시예에서는 상기 지지유닛(300)의 구성 및 형상을 한정하는 것이 아니라 본 발명의 이해를 돕기 위해서 선택한 것이다. 상기 지지유닛(300)이 상기 이송샤프트(200)를 축 방향으로 구속시키면서 회전 가능하게 지지하고 외력에 의해서 변위가 조절될 수 있는 구성이라면 어떠한 형태의 구성이라도 적용 가능할 것이다.

상기 선형이동유닛(500)은 상기 이송샤프트(200)와 평행 하도록 위치하여 일측이 상기 작업대(100)와 상기 지지유닛(300)사이에 구비된 별도의 보조베이스(700)에 고정 결합되며 타측이 상기 지지유닛(300)과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛(300)을 이동시킨다. 이때, 상기 보조베이스(700)는 다른 장치 또는 별도의 고정부재로 구성될 수 있으며, 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해서 상기 지지유닛(300)이 이동될 수 있도록 고정되어야 한다.

상기 선형이동유닛(500)은 상기 작업대(100)의 하부에 구비된 빈 공간에 위치하여 공간 활용성을 높일 수 있다.

여기서, 상기 선형이동유닛(500)은 압전소재로 이루어져 전력을 인가해 줌으로써 신축이 일어나게 된다. 그래서 상기 선형이동유닛(500)의 신축을 통해 상기 굽힘부(310)를 중심으로 상기 지지유닛(300)이 미세하게 회전 이동된다.

이와 같이, 상기 선형이동유닛(500)의 신축을 통해서 상기 지지유닛(300)이 움직이게 되고, 상기 지지유닛(300)의 이동에 의해서 상기 이송샤프트(200) 전체가 이동하게 된다.

그리고 상기 선형이동유닛(500)은 탈착이 가능하게 구성되며 교체를 통해서 전체의 신축이 가능한 길이를 조절할 수 있다.

상기 보조지지유닛(400)은 상기 고정베이스(600)와 결합되며 상기 지지유닛(300)이 구비된 타측에 구비되어 상기 이송샤프트(200)를 지지한다. 그래서 상기 보조지지유닛(400)은 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해 상기 이송샤프트(200)가 이송되는 경우, 상기 이송샤프트(200)의 이송량만큼 탄성 변형을 할 수 있도록 구성된다.

본 실시예 에서는 상기 보조지지유닛(400)이 내부에 별도의 이송공간부가 형성되어 상기 이송샤프트(200)의 축 방향에 따른 이동 또는 길이가변을 할 수 있도록 구성된다. 하지만, 이에 한정하는 것이 아니라 본 실시예의 명확한 이해를 돕기 위해 선택한 것이기 때문에, 앞서 상술한 상기 지지유닛(300)과 유사하도록 굽힘부(310)를 구비하여 상기 이송샤프트(200)의 축 방향에 따른 이동이 가능 하도록 구성할 수 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 나노스테이지는 상기 선형이동유닛(500)이 상기 이송샤프트(200)와 별도로 분리되어 구비되기 때문에 크기나 길이에 대한 제약이 줄어들고 그 형상도 원통형이나 사각통 형태등 작업 환경에 맞도록 선택적으로 조절할 수 있다. 또한, 종래와 다르게 제작시 별도의 중공을 형성하지 않아도 되기 때문에 제조과정이 간단해지고 제조비용도 절감된다.

다음으로, 도 4를 참조하여 상기 작업대(100)의 거시적 변위 조절에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 4는 도 2의 이송샤프트(200)의 회전에 따른 작업대(100)의 거시적 이동을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 상기 구동모터(M)가 전력을 인가받아 회전을 하면 상기 구동모터(M)와 결합된 상기 이송샤프트(200)가 회전을 하게 된다. 상기 이송샤프트(200)가 회전하면 상기 작업대(100)는 일측에 구비된 상기 슬라이더(110)에 의해서 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라서 이동을 한다.

이때, 상기 슬라이더(110)는 상기 이송샤프트(200)와 접촉되는 내주면이 상기 이송샤프트(200)의 나사산(210)과 주합되도록 형성되며, 이에 따라서 상기 작업대(100)가 이동하게 된다.

도 4와 같이 상기 구동모터(M)의 회전력에 의해서 상기 이송샤프트(200)가 시계 방향으로 회전을 하는 경우, 상기 슬라이더(110)가 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라 상기 구동모터(M)와의 이격거리가 멀어지며 오른쪽으로 이동하게 된다.

이와 같이 상기 작업대(100)의 거시적 변위 조절은 상기 이송샤프트(200)의 회전에 의해서 조절하게 된다.

이어서, 도 5를 참조하여 상기 작업대(100)의 미시적 변위 조절에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 5는 도 2의 선형이동유닛(500)의 신축에 따른 작업대(100)의 미시적 이동을 나타낸 도면이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 압전소재로 구성된 상기 선형이동유닛(500)이 전력을 인가 받으면 신축이 일어나고, 이에 따라서 상기 지지유닛(300)의 일측에 외력이 작용하여 상기 지지유닛(300)은 굽힘이 일어나게 된다.

여기서, 상기 지지유닛(300)은 일측이 상기 고정베이스(600)와 고정결합이 되어 있기 때문에 상기 굽힘부(310)를 중심으로 휘어지게 된다. 그리고 상기 지지유닛(300)의 휘어짐에 의해서 상기 구동모터(M) 및 상기 이송샤프트(200)는 축 방향을 따라서 이동하게 된다. 그래서 상기 이송샤프트(200)의 이동에 의해 상기 작업대(100)의 변위가 조절된다.

상기 선형이동유닛(500)이 전력을 인가받아 길이가 늘어나게 되면, 상기 지지유닛(300)은 왼쪽으로 휘어짐이 발생하게 되고 이를 통해서 상기 이송샤프트(200)가 왼쪽으로 이동하게 된다. 상기 이송샤프트(200)가 왼쪽으로 이동하게 되면 상기 작업대(100)도 함께 왼쪽으로 이동하게 된다. 이를 통해서 상기 작업대(100)의 미시적 변위를 조절하게 되어 상기 작업대상물에 작업을 하게 된다.

여기서, 상기 이송샤프트(200)는 실제로 정확하게 축 방향을 따라 이송하지 않지만, 상기 선형이동유닛(500)의 신축되는 길이가 ㎛(마이크로미터)단위이기 때문에 상기 선형이동유닛(500)에 의해 상기 지지유닛(300) 및 상기 이송샤프트(200)의 변위가 조절 되어도 구조적인 문제점은 발생하지 않는다.

이와 같이, 상기 작업대(100)의 변위가 조절되는 구성 및 방법에 대해서 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하였다. 이와 같은 구성은, 상기 선형이동유닛(500)의 신축되는 길이를 사용자가 교체를 통해서 선택적으로 사용할 수 있기 때문에 연속적인 피드백 제어가 가능하다.

종래에는 상기 선형이동유닛(500)의 신축 길이의 한계치가 적어서 상기 작업대(100)의 거시적 변위와 미시적 변위를 별도로 분리하여 따로 조절하였다. 하지만, 본 실시예에 따른 구성의 선형이동유닛(500)은 신축 길이의 한계치가 증가하도록 구성할 수 있기 때문에, 상기 작업대(100)의 거시적 변위와 미시적 변위를 동시에 제어가 가능하다.

다음으로, 도 6을 참조하여 상기 지지유닛(300)의 변형된 형태에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 6은 도 2의 지지유닛(300)의 제 1변형예를 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 기본적으로 상기 지지유닛(300)은 일측이 상기 고정베이스(600)에 고정 결합되고 타측이 상기 선형이동유닛(500)과 결합되며 중간부에 상기 이송샤프트(200)가 축 방향으로 구속되어 회전 가능하게 결합된다. 또한, 상기 지지유닛(300)은 상기 이송샤프트(200)와 상기 고정베이스(600) 사이에 위치한 부분에 굽힘이 가능하도록 형성된 상기 굽힘부(310)를 포함하여 구성된다.

하지만, 상기 지지유닛(300)은 상술한 형태와 달리 상기 선형이동유닛(500)이 상기 작업대(100)가 위치한 방향에 구비되지 않고 상기 작업대(100)의 타측 방향에 구비되도록 한다. 그래서 상기 선형이동유닛(500)은 상기 지지유닛(300)을 중심으로 상기 작업대(100)와 대응되게 위치하여 일측이 상기 지지유닛(300)과 결합되고 타측이 상기 고정베이스(600)와 결합된다.

이때, 상기 고정베이스(600)는 일부분이 돌출되도록 연장되어 형성된다. 그래서 일부분이 연장되어 형성된 상기 고정베이스(600)가 상기 선형이동유닛(500)의 타측을 고정 지지한다.

이와 같이 구성된 나노스테이지는 상기 선형이동유닛(500)이 전력을 받아 길이가 늘어나는 경우, 상기 이송샤프트(200)는 도 5를 참조하여 상술한 구성의 방향과 반대로 이동하여 상기 작업대(100)가 우측으로 이동하게 된다.

여기서도 마찬가지로 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해 상기 지지유닛(300)에 굽힘이 발생한다. 하지만 상기 선형이동유닛(500)에 의해서 신축되는 길이가 극히 미세하기 때문에 상기 지지유닛(300) 및 상기 이송샤프트(200)에 무리가 가지 않으므로 구조적인 안정성이 떨어지지는 않는다.

이어서, 도 7을 참조하여 상기 지지유닛(300)의 다른 변형된 형태에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 7은 도 2의 지지유닛(300)의 제 2변형예를 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 지지유닛(300)과 상기 고정베이스(600)와의 결합에 있어서, 상기 지지유닛(300)과 상기 고정베이스(600)의 결합영역에 상기 지지유닛(300)이 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라서 미세하게 이동을 할 수 있도록 하는 걸림구(332) 및 가이드(334)를 포함하는 가이드부(330)가 구비된다.

상기 지지유닛(300)은 일측 끝단부에 걸림이 가능하게 형성된 상기 걸림구(332)가 구비되고, 상기 고정베이스(600)는 상기 걸림구(332)와 슬라이딩 가능하게 결합되어 외력에 의해 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라서 상기 지지유닛(300)이 이동을 할 수 있도록 하는 상기 가이드(334)가 구비된다.

여기서, 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해서 상기 지지유닛(300)이 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 따라 이동되는 거리는 ㎛(마이크로미터) 또는 ㎚(나노미터)단위이기 때문에, 상기 지지유닛(300)의 정밀한 이동거리 조절을 위해서 상기 가이드부(330)는 LM가이드를 사용한다.

여기서, LM가이드는 정밀한 슬라이딩 이동이 필요한 곳에 사용되는 가이드이다.

이와 같이 구성된 상기 지지유닛(300)은 상기 선형이동유닛(500)이 전력을 인가받아 길이가 늘어나는 경우, 상기 가이드부(330)를 따라서 왼쪽으로 미세하게 이동을 하게 된다.

도 8을 참조하여 상기 지지유닛(300)의 또 다른 변형된 형태에 대해서 설명하면 다음과 같다.

도 8은 도 2의 지지유닛(300)의 제 3변형예를 나타낸 평면도이다.

상기 지지유닛(300)은 상기 이송샤프트(200) 또는 상기 구동모터(M)의 회전축이 중간부를 관통하도록 구성되지 않고, 상기 이송샤프트(200)와 상기 지지유닛(300) 사이에 상기 구동모터(M)가 위치하여 상기 구동모터(M)의 일측이 상기 지지유닛(300)의 중간부에 결합된다. 그래서 상기 구동모터(M)와 상기 이송샤프트(200)가 직접 결합되도록 구성된다.

이와 같이 구성되면, 상기 지지유닛(300)은 상기 이송샤프트(200)의 회전을 위해서 별도의 베어링(320)을 구비하지 않으며, 상기 구동모터(M)가 직접 상기 이송샤프트(200)와 결합되기 때문에 구조적으로 단순해진다.

또한, 상기 구동모터(M)가 상기 지지유닛(300)과 직접 결합되기 때문에 상기 구동모터(M)가 안정적으로 지지될 수 있다.

이와 같은 구성에 의한 상기 작업대(100)의 이동 과정 및 방법은 앞서 상술한 방법과 동일하게 구성된다. 상기 작업대(100)는 상기 이송샤프트(200)의 회전에 의해서 거시적 변위가 조절되고, 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해 미시적 변위가 조절된다.

다음으로, 도 9를 참조하여 상기 선형이동유닛(500)이 복수 개로 구성된 형태를 살펴보면 다음과 같다.

도 9는 도 2의 선형이동유닛(500)의 변형된 구성을 나타낸 평면도이다.

도시된 바와 같이, 상기 선형이동유닛(500)은 제 1선형이동부(510) 및 제 2선형이동부(520)을 포함하여 한 쌍으로 구성된다. 상기 제 1선형이동부(510)은 상기 이송샤프트(200)와 평행하도록 위치하여 일측이 상기 보조베이스(700)에 고정 결합되고 타측이 상기 지지유닛(300)의 일측부에 결합된다.

그리고 상기 제 2선형이동부(520)은 상기 이송샤프트(200)의 축 방향을 중심으로 상기 제 1선형이동부(510)과 대응되도록 위치하며 일측이 상기 지지유닛(300)과 상기 보조지지유닛(400) 사이에 돌출되도록 형성된 상기 고정베이스(600)에 고정 결합되고 타측이 상기 지지유닛(300)의 타측부에 결합된다.

이와 같이 구성된 한 쌍의 상기 선형이동유닛(500)은 전력을 인가받아 동시에 신축을 하게 되고, 상기 지지유닛(300)은 상기 제 1선형이동부(510) 및 상기 제 2선형이동부(520)의 신축에 의해서 미세하게 이동을 하여 상기 작업대(100)의 변위를 조절하게 된다. 이때, 상기 지지유닛(300)은 일측에 앞서 도 7을 참조하여 설명한 가이드부(330)가 구비되어 상기 고정베이스(600)에 결합되는 것이 바람직하다.

그리고 이와 비슷한 형태로 도 9에 도시된 형태와 다르게, 상기 지지유닛(300)의 형태를 변형시켜 한 쌍의 상기 선형이동유닛(500)이 상기 이송샤프트(200)를 중심으로 상하 양측에 구비될 수 있다.

이와 같이, 상기 선형이동유닛(500)이 한 쌍으로 구성됨으로써 상기 작업대(100)의 미시적 이동을 보다 안정적으로 제어할 수 있다.

제 2실시예

도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예의 구성에 대해서 살펴보면 다음과 같다.

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노스테이지의 구성을 나타낸 평면도이다.

본 발명의 제 2실시예의 기본적인 구성은 앞서 상술한 제 1실시예의 구성과 유사하다. 하지만, 작업대(800) 및 상기 이송샤프트(200)의 구성이 다르게 형성된다.

제 2실시예는 상기 이송샤프트(200) 및 상기 선형이동유닛(500)에 의해 상기 작업대(800)의 회전에 대한 회전각을 조절하는 구성이다.

도시된 바와 같이, 상기 이송샤프트(200)는 상기 작업대(800)와 접촉되는 영역의 외주면에 웜기어(220)가 형성되고, 상기 작업대(100)는 외주면에 톱니(810)가 구비된 웜휠로 형성된다.

이와 같이, 상기 작업대(800)는 상기 이송샤프트(200)의 회전에 의해서 회전을 하고 이를 통해서 상기 작업대(800)의 거시적 회전변위가 조절된다.

이때, 상기 작업대(800)는 상기 이송샤프트(200)의 회전축 방향과 상기 작업대(800)의 회전축 방향이 서로 교차되도록 구비된다.

이와 같이 구성되어 상기 이송샤프트(200)의 회전에 의해서 상기 작업대(800)의 회전을 조절하게 된다.

그리고 상기 작업대(800)의 미시적 회전변위는 앞서 상술한 방법과 유사하게 상기 선형이동유닛(500)의 신축에 의해 상기 이송샤프트(200)가 이동을 하게 되고 이에 따라서 상기 작업대(800)가 상기 이송샤프트(200)가 이송된 만큼 회전을 하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 대한 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명한 실시예 외에도 본 발명의 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그러므로 본 실시예는 특정형태로 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100, 800: 작업대 110: 슬라이더
200: 이송샤프트 210: 나사산
300: 지지유닛 310: 굽힘부
320: 베어링 330: 가이드부
332: 걸림구 334: 가이드
400: 보조지지유닛 500: 선형이동유닛
510: 제 1선형이동부 520: 제 2선형이동부
600: 베이스 700: 보조베이스
M: 구동모터

Claims (21)

1. 작업대상물이 놓여지는 작업대;
   회전력을 인가받아 회전하여 상기 작업대를 축 방향으로 이송시키는 이송샤프트;
   상기 이송샤프트를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지하는 지지유닛; 및
   상기 이송샤프트와 별도로 분리되어 배치되며 길게 형성된 압전소재로 이루어져 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛을 이동시킴으로써 상기 이송샤프트 전체를 축 방향으로 이동시키는 선형이동유닛; 을 포함하며,
   상기 작업대는 상기 이송샤프트에 의해서 거시적 변위가 조절되고 상기 선형이동유닛에 의해서 미시적 변위가 조절되는 나노스테이지.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 이송샤프트의 회전 및 상기 선형이동유닛의 신축이 동시에 일어나 상기 작업대의 변위를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 선형이동유닛은,
   상기 이송샤프트의 회전축과 평행하도록 구성되어 길이방향을 따라 신축이 되는 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 선형이동유닛은,
   탈착 가능하게 구성되어 선택적으로 교체가 가능한 나노스테이지.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 선형이동유닛은,
   상기 이송샤프트의 회전축을 중심으로 서로 대응되도록 한 쌍으로 구성되어 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛에 결합되는 나노스테이지.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 지지유닛은,
   일단이 전체를 지지하는 고정베이스와 결합되며 중간부가 상기 선형이동유닛의 신축에 의해서 휘어짐이 가능하도록 굽힘부를 더 포함하여 구성되는 나노스테이지.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 선형이동유닛은,
   피에조소자를 이용한 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 이송샤프트는 외주면에 나사산이 형성되며, 상기 작업대는 상기 나사산에 대응되도록 형성되어 상기 이송샤프트의 회전에 의해서 상기 작업대가 이동되는 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
10. 제 1항에 있어서,
    상기 지지유닛이 구비된 타측에 구비되어 상기 이송샤프트를 지지하며, 상기 선형이동유닛에 의해서 이동된 이송샤프트의 이송량만큼 탄성 변형하는 보조지지유닛을 더 포함하는 나노스테이지.
11. 작업대상물이 놓여지는 작업대;
    회전력을 인가받아 회전하여 상기 작업대를 회전시키는 이송샤프트;
    상기 이송샤프트를 회전 가능하게 지지하며 축 방향으로 구속시켜 고정 지지하는 지지유닛; 및
    상기 이송샤프트와 별도로 분리되어 배치되며 길게 형성된 압전소재로 이루어져 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛과 결합되어 신축을 통해서 상기 지지유닛을 이동시킴으로써 상기 이송샤프트 전체를 축 방향으로 이동시키는 선형이동유닛; 을 포함하며,
    상기 작업대는 상기 이송샤프트에 의해서 거시적 회전이 조절되며 상기 선형이동유닛에 의해서 미시적 회전이 조절되는 나노스테이지.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 이송샤프트는 외주의 일부분에 웜기어가 형성되며, 상기 작업대는 상기 웜기어에 대응되도록 외주면에 톱니가 구비된 윔휠로 형성되어 상기 이송샤프트의 회전에 의해서 상기 작업대가 회전하는 나노스테이지.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 작업대는,
    회전축이 상기 이송샤프트의 회전축과 교차되도록 구비되는 나노스테이지.
14. 삭제
15. 제 11항에 있어서,
    상기 이송샤프트의 회전 및 상기 선형이동유닛의 신축이 동시에 일어나 상기 작업대의 회전변위를 조절하는 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
16. 제 11항에 있어서,
    상기 선형이동유닛은,
    상기 이송샤프트의 회전축과 평행하도록 구성되어 길이방향을 따라 신축이 되는 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
17. 제 11항에 있어서,
    상기 선형이동유닛은,
    탈착 가능하게 구성되어 선택적으로 교체가 가능한 나노스테이지.
18. 제 11항에 있어서,
    상기 선형이동유닛은,
    상기 이송샤프트의 길이방향을 중심으로 서로 대응되도록 한 쌍으로 구성되어 일측이 고정되고 타측이 상기 지지유닛에 결합되는 나노스테이지.
19. 제 11항에 있어서,
    상기 지지유닛은,
    일단이 전체를 지지하는 고정베이스와 결합되며 중간부가 상기 선형이동유닛의 신축에 의해서 휘어짐이 가능하도록 굽힘부를 더 포함하여 구성되는 나노스테이지.
20. 제 11항에 있어서,
    상기 선형이동유닛은,
    피에조소자를 이용한 액츄에이터인 것을 특징으로 하는 나노스테이지.
21. 제 11항에 있어서,
    상기 지지유닛이 구비된 타측에 구비되어 상기 이송샤프트를 지지하며, 상기 선형이동유닛에 의해서 이동된 이송샤프트의 이송량만큼 탄성 변형하는 보조지지유닛을 더 포함하는 나노스테이지.
    

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