KR101352567B1 - 리니어 이송 스테이지 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 리니어 이송 스테이지 장치는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 상면에 고정되는 고정자; 상기 베이스 프레임 상부에 X 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이송 스테이지; 상기 이송 스테이지의 하면에 고정되는 가동자; 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임의 일 측 끝단 부와, 상기 이송 스테이지의 일 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 1 가이드 유닛; 상기 이송 스테이지의 변형 방지를 위해 상기 베이스 프레임의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 Y 방향으로 슬라이드 이동되게 설치되는 Y 방향 가동 블럭; 및 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 유닛과, 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 2 가이드 유닛을 포함한다.
이송 스테이지, 가동 블럭

Description

리니어 이송 스테이지 장치{Linear Transfer Stage Apparatus}
본 발명은 리니어 모터 구조를 갖는 반도체 제조설비에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 장시간 사용시에도 리니어 모터의 가동자의 과열에 의해 워크 헤드의 수평 작업 위치가 변하지 않도록 이송 스테이지의 구조를 개선한 리니어 이송 스테이지 장치에 관한 것이다.
일반적으로 회전형 모터를 이용하는 직선 운동 시스템은 대부분 회전 운동을 직선 운동으로 변환시키는 동력 전환 장치, 예컨대, 벨트나 볼 스크류(ball screw) 등을 사용하여 직선 방향으로 이동된다.
그러나 이러한 회전형 모터를 이용하는 직선 운동 시스템들은 모터 등에 상기 동력 전환 장치를 추가로 부가한 시스템이어서, 상기 회전형 모터를 이용하는 직선 운동 시스템의 에너지 효율을 떨어뜨리고, 마찰이나 진동과 같은 2차적인 문제를 야기하는 단점이 있을 수 있다.
이에 근래 들어, 리니어 모터를 이용한 직선 운동 시스템이 고정밀도 및 고속을 요구하는 장비들에 적용되고 있다.
리니어 모터는 전기적 입력에 대해 직접적으로 직선 운동을 할 수 있어, 회 전 운동을 직선 운동으로 변환시키기 위한 별도의 동력 전환 장치를 필요로 하지 않는다. 그리고 리니어 모터는 비접촉식 운동 방식으로 직선 운동을 하여 고속 및 저소음으로 작동할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 이송 스테이지 장치를 보인 정면도로서, 과열에 의한 워크 헤드의 변형을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래 이송 스테이지 장치(10)는 베이스 프레임(11)과, 상기 베이스 프레임(11)에 설치되는 고정자(12)와, 이송 스테이지(13)와, 상기 이송 스테이지(13)에 고정 설치되며 상기 고정자(12)와 대향되어 배치되는 가동자(14)로 구성되어 있다. 상기 베이스 프레임(11)과 이송 스테이지(13)의 양쪽 사이에는 이송 안내부(15)가 구비되어 있다.
그리고 상기 이송 스테이지(13)의 상부에는 본딩 헤드와 같은 장비를 설치하기 위한 워크 헤드(16)가 고정되어 있다.
전자기력에 의하여 상기 가동자(14)는 상기 고정자(12)에 대하여 슬라이드 되는 구조로 이루어져 있다.
종래 이송 스테이지 장치(10)는 가동자(14)가 반복적인 직선 슬라이드 운동을 진행함에 따라, 상기 고정자의 코일에 인가된 전류에 의해 상기 코일에서 상당히 높은 열이 발생한다. 이러한 과열은 가동자(14) 및 이송 스테이지(13)의 변형을 초래하여, 도 1의 가상 선으로 도시된 바와 같이, 이송 스테이지(13)의 워크헤드(16)의 위치 왜곡을 초래하여 제품의 질을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.
종래에는 과열을 방지하기 위하여 이송 스테이지와 가동자 사이에 공냉식 냉 각장치 또는 수냉식 냉각장치를 설치하는 기술도 제안된바 있었으나, 공냉식 냉각장치를 설치할 경우, 공냉식 냉각장치를 설치하지 않을 때와 비교하여 냉각효율은 30 %정도 밖에는 더 얻지 못하여 매우 비효율적이었다.
또 수냉식 냉각장치를 설치할 경우, 공냉식 냉각장치를 설치할 때보다 냉각효율은 좀더 올라가지만, 별도의 냉각 시스템을 구비해야 하고 누수가 발생할 경우 치명적인 손상을 입을 수 있는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 것으로, 장시간 운전으로 인하여 이송 스테이가 변형되더라도 워크 헤드의 수평 위치가 변형되지 않기 때문에 제품에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 리니어 이송 스테이지 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 리니어 이송 스테이지 장치는 리니어 모터에 의해서 이송 스테이지가 베이스 프레임의 상부에서 X방향으로 슬라이드 가능하게 설치되고, 상기 이송 스테이지의 슬라이드 이송을 가이드 하도록 상기 이송 스테이지의 양쪽에 제 1 가이드 유닛과 제 2 가이드 유닛이 구비되며, 상기 제 1 가이드 유닛과 상기 제 2 가이드 유닛 중에서 상기 제 2 가이드 유닛이 Y방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 상기 이송 스테이지의 열 변형을 방지하며, 및 상기 X 방향의 슬라이드 및 상기 Y 방향의 슬라이드는 상기 제 2 가이드 유닛으로 한정되는 가이드 홈 및 상기 베이스 프레임으로 한정되는 가이드 홈을 따라서 각각 수행된다.
본 발명의 일 관점에 따른 리니어 이송 스테이지 장치는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 상면에 고정되는 고정자; 상기 베이스 프레임 상부에 X방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이송 스테이지; 상기 이송 스테이지의 하면에 고정되는 가동자; 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임의 일 측 끝단 부와, 상기 이송 스테이지의 일 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 1 가이드 유닛; 상기 베이스 프레임의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 상기 이송 스테이지의 변형 방지를 위해 Y 방향으로 슬라이드 이동되는 Y 방향 가동 블럭; 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 유닛과, 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 2 가이드 유닛을 포함하되, 상기 이송 스테이지, 상기 제 2 가이드 유닛과 상기 Y 방향 가동 유닛은 상기 Y 방향의 이동 자유도를 동일하게 갖는다.
상기 Y방향 가동 블럭의 하면에 형성된 가이드 돌기는 상기 베이스 프레임의 상면에 형성된 가이드 홈에 삽입된다.
상기 제 1 가이드 유닛은 가이드 홈을 가지며 상기 이송 스테이지에 고정되는 고정 블럭; 및 상기 가이드 홈에 삽입되며 상기 베이스 프레임에 고정되는 가이드 돌기로 구성된다.
상기 제 2 가이드 유닛은 가이드 홈을 가지며 상기 이송 스테이지에 고정되는 고정 블럭; 및 상기 가이드 홈에 삽입되며 상기 Y 방향 가동 블럭에 고정되는 가이드 돌기로 구성된다.
본 발명의 다른 관점에 따른 리니어 이송 스테이지 장치는 베이스 프레임; 상기 베이스 프레임 상면에 고정되는 고정자; 상기 베이스 프레임 상부에 X 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이송 스테이지; 상기 이송 스테이지의 하면에 고정되는 가동자; 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임의 일 측 끝단 부와, 상기 이송 스테이지의 일 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 1 가이드 유닛; 상기 이송 스테이지의 변형 방지를 위해 상기 베이스 프레임의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 Y 방향으로 슬라이드 이동되게 설치되는 Y 방향 가동 블럭; 상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 유닛과, 상기 이송 스 테이지의 타 측 끝단 하부 사이에 설치되는 제 2 가이드 유닛을 포함하되, 상기 Y 방향 가동 블럭이 2단 구조로 구성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 리니어 모터 구동시 발생하는 과열로 인하여 가동자 및 이송 스테이지가 변형되더라도 워크 헤드의 작업 위치가 변형되지 않아 제품의 질 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이송 스테이지 장치를 보인 정면도이고, 도 3은 도 2에 도시된 이송 스테이지 장치를 보인 측면도이며, 도 4는 도 2의 I-I'선 단면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 가이드 돌기의 변형 예를 보인 종단면도이다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치(100)는 리니어 모터 구조에 의해서 이송 스테이지(120)가 베이스 프레임(110)의 상부에서 X 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되고, 상기 이송 스테이지(120)의 슬라이드 이송을 가이드 하도록 상기 이송 스테이지(120)의 양쪽에 제 1 가이드 유닛(130)과 제 2 가이드 유닛(150)이 구비되며, 상기 제 1 가이드 유닛(130)과 상기 제 2 가이드 유닛(150) 중에서 상기 제 2 가이드 유닛(150)이 Y 방향으로 가동 가능하게 설치되어 상기 이송 스테이지(120)의 열 변형을 방지하는 구조로 이루어져 있다.
좀더 상세하게는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치(100)는 베이스 프레임(110)을 구비한다.
상기 베이스 프레임(110) 상면에는 리니어 모터의 고정자(S)가 고정되어 있다.
상기 베이스 프레임(110) 상부에는 이송 스테이지(120)가 X 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다. 상기 이송 스테이지(120)의 하면에는 리니어 모터의 가동자(M)가 고정되어 있다.
상기 이송 스테이지(120)의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임(110)의 일 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지(120)의 일 측 끝단 부 사이에 제 1 가이드 유닛(130)이 설치되어 있다.
상기 제 1 가이드 유닛(130)은 가이드 홈(132)을 가지며 상기 이송 스테이지(120)에 고정되는 고정 블럭(131)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(110)에는 가이드 돌기(133)가 고정되고, 상기 가이드 돌기(113)는 상기 가이드 홈(132)에 삽입되어 있다.
상기 베이스 프레임(110)의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지(120)의 타 측 끝단 부 사이에는 상기 이송 스테이지(120)의 변형 방지를 위해 Y 방향으로 슬라이드 이동되는 Y 방향 가동 블럭(140)이 설치되어 있다.
상기 Y 방향 가동 블럭(140)의 하면에 형성된 가이드 돌기(141)는 상기 베이스 프레임(110)의 상면에 형성된 가이드 홈(142)에 삽입되어 있다.
상기 가이드 돌기(141)가 상기 가이드 홈(142)에 삽입된 상태를 유지하여, 상기 Y 방향 가동 블럭(140)이 Y 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 되는 것이다.
상기 가이드 돌기(141) 및 상기 가이드 홈(142)은 설계 조건에 따라 여러 가지 형상으로 구성될 수 있는바, 도 4에 도시된 더브 테일 형상뿐만 아니라 도 5에 도시된 직사각 형상으로도 가능하다.
상기 이송 스테이지(120)의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 유닛(140)과 상기 이송 스테이지(120)의 타 측 끝단 부 사이에는 제 2 가이드 유닛(150)이 설치되어 있다.
상기 제 2 가이드 유닛(150)은 가이드 홈(152)을 가지며 상기 이송 스테이지(120)에 고정되는 고정 블럭(151)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(110)에는 가이드 돌기(153)가 고정되고, 상기 가이드 돌기(153)는 상기 가이드 홈(152)에 삽입되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치 작동을 설명하면 다음과 같다.
전원이 인가되면, 리니어 모터의 고정자(S)와 가동자(M)의 전자기력 작용에 의하여 상기 가동자(M)는 추진력을 받는다.
이때 상기 가동자(M)가 고정 설치된 이송 스테이지(120)는 상기 제 1 가이드 유닛(130) 및 상기 제 2 가이드 유닛(150)에 의해서 X 방향으로 슬라이드 이동될 수 있다.
통상, 칩마운터와 같은 장비에 채택되는 리니어 이송 스테이지 장치는 장시 간 운전시에 고온의 열이 발생할 수 있고, 이러한 열 팽창으로 인하여 이송 스테이지의 수평 위치가 변형될 수 있다.
이송 스테이지의 수평 위치가 변경될 경우, 이송 스테이지에 장착된 작업 헤드의 수평 위치도 변경되어 정밀 운전이 어렵게 되는 것이다.
따라서 본 발명의 일 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치(100)에서는 이송 스테이지(120)의 수평 위치 변경에 따른 작업 헤드(16)의 수평 위치 변경을 방지하기 위하여, 장시간 운전으로 인하여 이송 스테이지(120)가 Y 방향으로 변형되더라도, Y 방향 가동 블럭(140)이 Y 방향으로 움직이게 되기 때문에, 이송 스테이지(120)의 수평 위치 변경을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이송 스테이지 장치를 보인 정면도이고 도 7은 도 6에 도시된 이송 스테이지 장치의 측면도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치(200)는 베이스 프레임(210)을 구비한다.
상기 베이스 프레임(210) 상면에는 리니어 모터의 고정자(S)가 고정되어 있다.
상기 베이스 프레임(210) 상부에는 이송 스테이지(220)가 X 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되어 있다.
상기 이송 스테이지(220)의 하면에는 리니어 모터의 가동자(M)가 고정되어 있다.
상기 이송 스테이지(220)의 X방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임(210)의 일 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지(220)의 일 측 끝단 부 사이에 제 1 가이드 유닛(230)이 설치되어 있다.
상기 제 1 가이드 유닛(230)은 가이드 홈(232)을 가지며 상기 이송 스테이지(220)에 고정되는 고정 블럭(231)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(210)에는 가이드 돌기(233)가 고정되고, 상기 가이드 돌기(233)는 상기 가이드 홈(232)에 삽입되어 있다.
상기 베이스 프레임(210)의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지(220)의 타 측 끝단 부 사이에는 상기 이송 스테이지(220)의 변형 방지를 위해 Y 방향으로 슬라이드 이동되는 Y 방향 가동 블럭(240)(240')이 설치되어 있다.
상기 이송 스테이지(220)의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 블럭(240)(240')과 상기 이송 스테이지(220)의 타 측 끝단 부 사이에는 제 2 가이드 유닛(250)이 설치되어 있다.
상기 제 2 가이드 유닛(250)도 가이드 홈(252)을 가지며 상기 이송 스테이지(220)에 고정되는 고정 블럭(252)을 구비한다. 상기 베이스 프레임(210)에는 가이드 돌기(253)가 고정되고, 상기 가이드 돌기(253)는 상기 가이드 홈(252)에 삽입되어 있다.
상기 Y 방향 가동 블럭(240)(240')의 하면에 형성된 가이드 돌기(241)는 상기 베이스 프레임(210)의 상면에 형성된 가이드 홈(242)에 삽입되어 있다.
상기 가이드 돌기(241)가 상기 가이드 홈(242)에 삽입된 상태를 유지하여, 상기 Y 방향 가동 블럭(240)(240')이 Y방향으로 슬라이드 이동 가능하게 되는 것이 다. 여기서, 상기 Y방향 가동 블럭(240)(240')은 다단, 예를 들어 2단 구조로 나누어져 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치의 작동은 일 실시 예에 따른 리니어 이송 스테이지 장치의 작동과 거의 동일 하므로, 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다만, 상기 Y 방향 가동 블럭(240)(240')이 2단 구조로 구성되기 때문에 하나의 Y 방향 가동 블럭(240)이 고장 나더라도 나머지 Y 방향 가동 블럭(240')이 작동하기 때문에 운전 중단으로 인한 생산성 저하를 사전에 방지할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형 가능함은 물론이다.
따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래 이송 스테이지 장치의 워크 헤드의 변형을 설명하는 정면도
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이송 스테이지 장치를 보인 정면도
도 3은 도 2에 도시된 이송 스테이지 장치를 보인 측면도
도 4는 도 2의 I-I'선 단면도
도 5는 도 4에 도시된 가이드 돌기의 변형 예를 보인 종단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 이송 스테이지 장치를 보인 정면도
도 7은 도 6에 도시된 이송 스테이지 장치의 측면도
* 주요부분에 대한 도면부호
110: 베이스 프레임
120: 이송 스테이지
130: 제 1 가이드 유닛
131: 고정 블럭
132: 가이드 홈
133: 가이드 돌기
S: 리니어 모터의 고정자
M: 리니어 모터의 가동자
140: Y 방향 가동 블럭
141: 가이드 돌기
142: 가이드 홈
150: 제 2 가이드 유닛
151: 고정 블럭
152: 가이드 홈
153: 가이드 돌기
210: 베이스 프레임
220: 이송 스테이지
230: 제 1 가이드 유닛
240: Y 방향 가동 블럭
241: 가이드 돌기
242: 가이드 홈
250,250': 제 2 가이드 유닛
251: 고정 블럭
252: 가이드 홈
253: 가이드 돌기

Claims (6)

  1. 베이스 프레임;
    상기 베이스 프레임 상면에 고정되는 고정자;
    상기 베이스 프레임 상부에 X 방향으로 슬라이드 이동 가능하게 설치되는 이송 스테이지;
    상기 이송 스테이지의 하면에 고정되는 가동자;
    상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 베이스 프레임의 일 측 끝단 부와, 상기 이송 스테이지의 일 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 1 가이드 유닛;
    상기 이송 스테이지의 변형 방지를 위해 상기 베이스 프레임의 타 측 끝단 부와 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 Y 방향으로 슬라이드 이동되게 설치되는 Y 방향 가동 블럭; 및
    상기 이송 스테이지의 X 방향으로 슬라이드 이동을 가이드 하도록 상기 Y 방향 가동 블럭과, 상기 이송 스테이지의 타 측 끝단 부 사이에 설치되는 제 2 가이드 유닛을 포함하되,
    상기 이송 스테이지, 상기 제 2 가이드 유닛과 상기 Y 방향 가동 블럭은 상기 Y 방향의 이동 자유도를 동일하게 가지는 리니어 이송 스테이지 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 Y 방향 가동 블럭의 하면에 형성된 가이드 돌기는 상기 베이스 프레임의 상면에 형성된 가이드 홈에 삽입되는 것을 특징으로 하는 리니어 이송 스테이지 장치.
  3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서,
    상기 제 1 가이드 유닛은 가이드 홈을 가지며 상기 이송 스테이지에 고정되는 고정 블럭; 및
    상기 가이드 홈에 삽입되며 상기 베이스 프레임에 고정되는 가이드 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 이송 스테이지 장치.
  4. 청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서,
    상기 제 2 가이드 유닛은 가이드 홈을 가지며 상기 이송 스테이지에 고정되는 고정 블럭; 및
    상기 가이드 홈에 삽입되며 상기 Y 방향 가동 블럭에 고정되는 가이드 돌기로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 이송 스테이지 장치.
  5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.
    제 1항에 있어서,
    상기 Y 방향 가동 블럭은 2단 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 리니어 이송 스테이지 장치.
  6. 리니어 모터에 의해서 이송 스테이지가 베이스 프레임의 상부에서 X 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되고, 상기 이송 스테이지의 슬라이드 이송을 가이드 하도록 상기 이송 스테이지의 양쪽에 제 1 가이드 유닛과 제 2 가이드 유닛이 구비되며, 상기 제 1 가이드 유닛과 상기 제 2 가이드 유닛 중에서 상기 제 2 가이드 유닛이 Y 방향으로 슬라이드 가능하게 설치되어 상기 이송 스테이지의 열 변형을 방지하며, 및 상기 X 방향의 슬라이드 및 상기 Y 방향의 슬라이드는 상기 제 2 가이드 유닛으로 한정되는 가이드 홈 및 상기 베이스 프레임으로 한정되는 가이드 홈을 따라서 각각 수행되는 것을 특징으로 하는 리니어 이송 스테이지 장치.
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