KR102528371B1 - 광학 장비의 이동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 측정 또는 검사를 위한 광학 장비를 정밀하게 이동하는 광학 장비의 이동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치는, 전면에 광학 장비가 결합되는 이동 블럭과, 상기 이동 블럭의 후방에 배치되며 석정반에 결합되는 고정 블럭과, 상기 고정 블럭에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 이동하는 쐐기 스테이지 모듈과, 상기 이동 블럭의 측단에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 가이드하는 수직 가이드와, 상기 쐐기 스테이지 모듈과 상기 이동 블럭 사이에 연결되어 수평 방향으로의 이동을 가이드하는 수평 스테이지 모듈을 포함한다.

Description

광학 장비의 이동 장치{TRANSFERRING APPARATUS FOR OPTICAL INSTRUMENT}
본 발명은 광학 장비의 이동 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 측정 또는 검사를 위한 광학 장비를 정밀하게 이동하는 광학 장비의 이동 장치에 관한 것이다.
반도체를 제조하기 위해서는 증착(Deposition), 노광(Photo Lithography), 식각(Etch)의 공정을 반복하면서 웨이퍼에 순차적으로 패턴을 형성하는 과정을 연속적으로 수행한다. 이러한 수많은 층(Layer)이 적층될 때 각 패턴이 필요한 위치에 정확히 쌓아져야 불량이 발생하지 않고, 반도체가 정상적으로 동작할 수 있다.
노광기를 이용하여 웨이퍼 상에 패턴을 형성하는 노광 공정에서 오버레이(Overlay) 측정은 광학 장비를 이용하여 이전 공정의 패턴과 현재 공정에서 형성된 패턴이 정확하게 정렬되어 설계대로 연결이 되는지를 측정하는 것이다.
반도체 공정이 다변화되고 높아지는 집적도 등의 이유로 웨이퍼의 두께가 다양해지고 있으며, 오버레이 측정 장치는 이에 대응하기 위하여 웨이퍼를 포함한 척(chuck)을 수직방향으로 움직이거나, 광학 장비를 수직 방향으로 움직여 웨이퍼의 두께에 맞도록 높이를 조절할 수 있다.
웨이퍼를 포함한 척을 수직으로 이동시키는 방법은 척의 평탄도의 반복성에 문제가 생길 수 있다. 이에 따라 최근 석정반(Granite)에 고정된 이동 장치를 이용하여 광학 장비를 이동하는 방법이 모색되고 있다.
그러나, 이동 장치에 의하여 광학 장비와 석정반 사이의 거리가 멀어지면 광학 장비의 안전성과 정확도가 저하될 우려가 있으며, 이동 장치가 광학 장비를 이동시키기 위한 무게를 고스란히 지탱하여야 하므로 모터에 부하가 과도하게 걸리는 문제가 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 구조를 슬림화한 광학 장비의 이동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는 이동 부하를 최소화하는 광학 장비의 이동 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치는, 전면에 광학 장비가 결합되는 이동 블럭과, 상기 이동 블럭의 후방에 배치되며 석정반에 결합되는 고정 블럭과, 상기 고정 블럭에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 이동하는 쐐기 스테이지 모듈과, 상기 이동 블럭의 측단에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 가이드하는 수직 가이드와, 상기 쐐기 스테이지 모듈과 상기 이동 블럭 사이에 연결되어 수평 방향으로의 이동을 가이드하는 수평 스테이지 모듈을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 광학 장비의 이동 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　대칭되어 배치되는 한 쌍의 볼 너트 블럭이 상호 가까워지거나 멀어지도록 이동되며 쐐기 블럭을 수직 방향으로 이동하여 구동 방향의 힘은 서로 상쇄시키고 이동 블럭에 수직 방향의 힘만 전달되는 장점이 있다.
둘째,　'V'자 쐐기 블럭이 정확도를 증가시키고 광학 장비의 무게로 인한 모터의 부하를 줄이는 장점도 있다.
셋째,　광학 장비를 이동하기 위한 구동 및 가이드 기계 요소를 적절하게 배치하여 슬림화함에 따라 광학 장비와 석정반 사이의 거리를 최소화하여 안전성과 정확도를 높이는 장점도 있다.
넷째, 광학 장비에 수직 방향으로만 힘이 전달되도록 수평 방향으로 2축 자유도를 갖도록 하여 측정 정확도를 높이는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 다른 방향의 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에서 광학 장비를 제외한 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 측면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 쐐기 스테이지 모듈에 대한 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 쐐기 스테이지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 수평 스테이지 모듈에 대한 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 수평 스테이지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
도 10은 도 8에 도시된 수평 스테이지 모듈의 어퍼 가이드에 대한 일부 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 수직 가이드에 대한 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 수직 가이드에 대한 절개 사시도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 광학 장비의 이동 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 다른 방향의 사시도이고, 도 3은 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에서 광학 장비를 제외한 사시도이고, 도 4는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 측면도이고, 도 5는 도 1에 도시된 광학 장비의 이동 장치에 대한 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치는, 전면에 광학 장비(10)가 결합되는 기립된 판형상의 이동 블럭(192)과, 이동 블럭(192)의 후방에 배치되며 석정반(미도시)에 결합되는 기립된 판형상의 고정 블럭(191)과, 고정 블럭(191)에 배치되어 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 이동하는 쐐기 스테이지 모듈(110)과, 이동 블럭(192)의 측단에 배치되어 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 가이드하는 수직 가이드(130)와, 쐐기 스테이지 모듈(110)과 이동 블럭(192) 사이에 연결되어 수평 방향으로의 이동을 가이드하는 수평 스테이지 모듈(120)을 포함한다.
이동 블럭(192)은 판 형상으로 형성되어 기립되어 배치된다. 이동 블럭(192)은 전면에 광학 장비(10)가 고정되어 광학 장비(10)를 지지한다. 이동 블럭(192)은 고정 블럭(191)의 전방에 수직 방향으로 이동가능하도록 배치된다.
이동 블럭(192)은 좌우 양측단이 한 쌍의 수직 가이드(130)에 의하여 고정 블럭(191)과 연결된다. 이동 블럭(192)은 양측단 후면에 한 쌍의 수직 가이드(130)가 각각 결합된다. 이동 블럭(192)은 수직 가이드(130)와 적어도 2면이 밀착되도록 수직 방향으로 긴 턱이 형성된다.
이동 블럭(192)은 쐐기 스테이지 모듈(110)에 의하여 수직 방향으로 이동한다. 이동 블럭(192)은 블럭 커넥터(197)에 의하여 수평 스테이지 모듈(120)에 연결된다. 이동 블럭(192)은 상단에 블럭 커넥터(197)가 결합된다.
블럭 커넥터(197)는 이동 블럭(192)의 상단에 결합되어 후방으로 돌출되어 배치된다. 블럭 커넥터(197)는 대략 T자 형상으로 형성된다. 블럭 커넥터(197)는 좌우 방향으로 배치되는 부분이 이동 블럭(192)의 상단에 결합된다.
블럭 커넥터(197)는 전후 방향으로 배치되는 부분이 수평 스테이지 모듈(120)의 상단에 결합된다. 블럭 커넥터(197)는 쐐기 스테이지 모듈(110)에 의하여 수직 방향으로 이동하여 이동 블럭(192)을 이동시킨다.
고정 블럭(191)은 판 형상으로 형성되어 기립되어 배치된다. 고정 블럭(191)은 이동 블럭(192)의 후방에 배치된다. 판 형상의 고정 블럭(191)은 판 형상의 이동 블럭(192)과 면이 대향되도록 배치된다. 고정 블럭(191)은 전면이 이동 블럭(192)의 후면과 대향되도록 배치된다.
고정 블럭(191)은 좌우 양측이 한 쌍의 수직 가이드(130)에 의하여 고정 블럭(191)과 연결된다. 고정 블럭(191)은 양측 전면에 한 쌍의 수직 가이드(130)가 각각 결합된다. 고정 블럭(191)은 수직 가이드(130)와 적어도 2면이 밀착되도록 수직 방향으로 긴 턱이 형성된다.
고정 블럭(191)은 한 쌍의 석정반 커넥터(195)에 의하여 석정반(미도시)에 연결된다. 고정 블럭(191)은 양측단에 한 쌍의 석정반 커넥터(195)가 각각 결합된다. 한 쌍의 석정반 커넥터(195)는 고정 블럭(191)의 양측단에 각각 결합된다. 석정반 커넥터(195)는 고정 블럭(191)의 전면 및 측면과 밀착되어 고정된다. 석정반 커넥터(195)는 후방으로 돌출되어 석정반의 상면에 결합된다. 석정반 커넥터(195)는 고정 블럭(191)의 수직 방향의 레벨을 조절할 수 있는 볼트가 구비된다.
고정 블럭(191)은 석정반에 결합되어 고정된다. 석정반은 고정 블럭(191)의 후방에 배치되어 고정 블럭(191)을 지지한다.
고정 블럭(191)은 상단에 쐐기 스테이지 모듈(110)이 배치된다. 고정 블럭(191)의 상단의 가운데 부분은 하측으로 인입되어 인입된 부분에 쐐기 스테이지 모듈(110)이 결합된다.
고정 블럭(191)은 양측단에 한 쌍의 사이드 커버(193)가 결합된다. 한 쌍의 사이드 커버(193)는 고정 블럭(191)의 양측단에 각각 결합된다. 한 쌍의 사이드 커버(193) 각각은 'ㄷ'자 형상으로 형성되어 전방으로 돌출되도록 배치된다. 한 쌍의 사이드 커버(193)는 각각 광학 장비(10)의 양측면에 이격하여 배치되어 광학 장비(10)를 보호한다.
한 쌍의 사이드 커버(193)는 전단에 프론트 커버(194)가 결합된다. 프론트 커버(194)는 한 쌍의 사이드 커버(193) 전단에 결합되어 광학 장비(10)로부터 이격하여 배치된다. 프론트 커버(194)는 광학 장비(10)를 보호한다.
쐐기 스테이지 모듈(110)은 고정 블럭(191) 상단의 인입된 부분에 결합되어 고정 블럭(191)의 후방에 배치된다. 쐐기 스테이지 모듈(110)은 고정 블럭(191)과 적어도 2면이 밀착되도록 하단에 턱이 형성된다. 쐐기 스테이지 모듈(110)은 석정반의 상측에 배치된다.
쐐기 스테이지 모듈(110)은 이동 블럭(192)과 연결되어 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 이동한다. 쐐기 스테이지 모듈(110)은 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 이동하는 전동 스테이지로서, 쐐기가 2개 구비되어 정밀한 이동이 가능하고 전동 부하를 최소화한다. 쐐기 스테이지 모듈(110)은 상단이 수평 스테이지 모듈(120)과 결합된다.
쐐기 스테이지 모듈(110)에 대한 자세한 설명은 도 6 및 도 7을 참조하여 후술한다.
수평 스테이지 모듈(120)은 이동 블럭(192)을 상호 직교하는 2축으로 가이드한다. 수평 스테이지 모듈(120)은 수평 스테이지 2개가 가이드 방향이 직교하도록 결합되어 구성된다. 수평 스테이지 모듈(120)은 이동 블럭(192)을 전후 방향 및 좌우 방향으로 가이드한다. 수평 스테이지 모듈(120)은 이동 블럭(192)과 쐐기 스테이지 모듈(110) 사이에 연결되어 이동 블럭(192)에 전후 방향 및 좌우 방향으로 자유도를 부여한다.
광학 장비(10)가 장착된 이동 블럭(192)은 수직 방향으로 이동할 때 수직 가이드(130) 및/또는 쐐기 스테이지 모듈(110)에서 발생되는 반발력, 추력 또는 진동에 의하여 수평 방향으로 이동하거나, 수평 또는 수직 방향을 축으로 회전할 수 있다. 이동 블럭(192)이 수평 방향으로 이동하거나 회전하는 경우 광학 장비(10)가 정확한 측정을 할 수 없다. 수평 스테이지 모듈(120)은 이동 블럭(192)을 회전하거나 수평 방향으로 이동하려는 힘을 상쇄하여 이동 블럭(192)이 수직 방향으로만 이동할 수 있도록 한다.
수평 스테이지 모듈(120)은 이동 블럭(192)의 후방에 배치된다. 수평 스테이지 모듈(120)은 하단이 쐐기 스테이지 모듈(110)과 결합된다. 수평 스테이지 모듈(120)은 상단이 블럭 커넥터(197)의 돌출된 부분의 하측에 결합된다. 수평 스테이지 모듈(120)은 블럭 커넥터(197)에 의하여 이동 블럭(192)과 연결된다.
수평 스테이지 모듈(120)에 대한 자세한 설명은 도 8 내지 도 10을 참조하여 후술한다.
한 쌍의 수직 가이드(130)는 이동 블럭(192)의 양측단과 고정 블럭(191)의 양측 전방에 각각 결합된다. 한 쌍의 수직 가이드(130)는 이동 블럭(192)이 수평 방향으로 이동가능하도록 이동 블럭(192)을 고정 블럭(191)에 연결한다. 한 쌍의 수직 가이드(130)는 이동 블럭(192)의 양측단에 각각 배치되어 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 가이드한다.
수직 가이드(130)는 수직 방향으로 가이드하는 선형 가이드로서 크로스 롤러 가이드인 것이 바람직하다.
수직 가이드(130)에 대한 자세한 설명은 도 11 및 도 12를 참조하여 후술한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 쐐기 스테이지 모듈에 대한 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 쐐기 스테이지 모듈에 대한 분해 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 쐐기 스테이지 모듈(110)은, 구동력을 제공하는 모터(111)와, 모터에 의하여 회전하는 볼 스크류(116)와, 수평 스테이지 모듈(120)에 결합되며 하측에 경사면이 형성된 쐐기 블럭(112)과, 각각의 상측에 경사면이 형성되며 볼 스크류(116)의 회전에 의하여 수평방향으로 이동하여 쐐기 블럭(112)을 수직 방향으로 이동하는 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)과, 쐐기 블럭(112)과 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)을 상호 미끄럼되도록 연결하는 복수의 쐐기 가이드(113)와, 고정 블럭(191)에 결합되어 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 수평 방향으로 이동 가능하도록 지지하는 쐐기 서포터(119)와, 쐐기 서포터(119)와 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)을 상호 미끄럼되도록 연결하는 복수의 서포터 가이드(118)를 포함한다.
모터(111)는 전동식 모터로서, 구동시 회전력을 발생한다. 모터(111)의 회전축은 볼 스크류(116)에 연결되어 구동시 볼 스크류(116)를 회전한다. 모터(111)는 회전축이 수평 방향으로 배치된다. 모터(111)는 회전축이 이동 블럭(192)의 양측단 방향(좌우 방향)으로 배치된다. 모터(111)는 한 쌍의 석정반 커넥터(195) 중 어느 한 석정반 커넥터(195)에 안착되어 결합된다. 한 쌍의 석정반 커넥터(195) 중 하나는 모터(111)를 지지한다.
쐐기 블럭(112)은 하측에 대칭되는 'V'자 경사면이 형성된다. 쐐기 블럭(112)은 복수의 쐐기 가이드(113)에 의하여 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)과 상호 미끄럼되도록 연결된다. 쐐기 블럭(112)은 수직 방향으로 이동가능하도록 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)에 연결된다. 쐐기 블럭(112)은 모터(111)의 구동시 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)에 의하여 수직 방향으로 이동한다.
쐐기 블럭(112)은 상단이 수평 스테이지 모듈(120)과 결합된다. 쐐기 블럭(112)은 수평 스테이지 모듈(120) 및 블럭 커넥터(197)에 의하여 이동 블럭(192)과 결합된다. 쐐기 블럭(112)이 모터(111)의 구동에 의하여 수직 방향으로 이동하면 이동 블럭(192)이 수직 방향으로 이동한다.
볼 스크류(116)는 모터(111)와 연결되어 모터(111)의 구동시 회전한다. 볼 스크류(116)는 둘레에 나사산이 형성된다. 볼 스크류(116)는 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 끼워진다. 볼 스크류(116)는 리턴 파이프 타입, 디플렉터 타입 및 앤드캡 타입 중 어느 하나의 타입일 수 있다.
볼 스크류(116)는 회전시 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 상호 다른 방향으로 이동할 수 있도록 한 쌍의 볼 너트 블럭(115) 각각에 대응되어 나사산이 반대로 형성되는 것이 바람직하다.
볼 스크류(116)는 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)과 함께 모터(111)의 회전 운동을 직선 운동으로 변경한다. 볼 스크류(116)는 일방향 회전시 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)을 상호 가까워지도록 이동하고, 타방향 회전시 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)을 상호 멀어지도록 이동한다.
한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 볼 스크류(116)에 끼워져 볼 스크류(116)의 회전시 수평 방향으로 이동한다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 모터(111)의 구동시 상호 멀어지거나 상호 가까워지도록 이동한다.
한 쌍의 볼 너트 블럭(115) 각각은 상측에 경사면이 형성된다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 쐐기 블럭(112)의 'V'자 경사면에 대응되어 상호 대칭으로 배치된다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 경사면이 상호 낮아지는 방향으로 배치된다.
한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 복수의 쐐기 가이드(113)에 의하여 쐐기 블럭(112)과 상호 미끄럼되도록 연결된다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 모터(111)의 구동시 쐐기 블럭(112)을 수직 방향으로 이동시킨다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 쐐기 블럭(112)과 함께 수평 방향 직선 운동을 수직 방향 직선 운동으로 변경하여 이동 블럭(192)을 수직 방향으로 이동한다.
한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 복수의 서포터 가이드(118)에 의하여 쐐기 서포터(119)와 상호 미끄럼되도록 연결된다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)은 수평 방향으로 이동가능하도록 쐐기 서포터(119)에 연결된다.
쐐기 서포터(119)는 고정 블럭(191) 상단의 인입된 부분에 결합된다. 쐐기 서포터(119)는 고정 블럭(191)과 적어도 2면이 밀착되도록 하단에 턱이 형성된다. 쐐기 서포터(119)는 하단의 턱이 고정 블럭(191)의 상면 및 후면과 밀착된다.
쐐기 서포터(119)는 상측에 복수의 서포터 가이드(118)가 결합된다. 쐐기 서포터(119)는 양측단에 볼 스크류(116)가 관통되는 홀이 형성된다. 쐐기 서포터(119)는 고정 블럭(191)에 결합되어 볼 스크류(116), 한 쌍의 볼 너트 블럭(115) 및 쐐기 블럭(112)을 지지한다.
복수의 쐐기 가이드(113)는 쐐기 블럭(112)과 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)을 미끄럼 결합한다. 복수의 쐐기 가이드(113) 각각은 선형 가이드로서 LM 가이드(Linear Motion Guide)인 것이 바람직하다.
복수의 쐐기 가이드(113) 각각은, 쐐기 블럭(112)의 'V'자 경사면에 결합되는 복수의 제 1 쐐기 레일(1131)과, 복수의 제 1 쐐기 레일(1131) 각각에 끼워져 상호 미끄럼되며 볼 너트 블럭(115)의 상측 경사면에 결합되는 복수의 제 2 쐐기 레일(1132)을 포함한다.
복수의 서포터 가이드(118)는 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)과 쐐기 서포터(119)을 미끄럼 결합한다. 복수의 서포터 가이드(118) 각각은 선형 가이드로서 LM 가이드(Linear Motion Guide)인 것이 바람직하다.
복수의 서포터 가이드(118) 각각은, 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)의 하면에 결합되는 복수의 제 1 서포터 레일(1181)과, 복수의 제 1 서포터 레일(1181) 각각에 끼워져 상호 미끄럼되며 쐐기 서포터(119)의 상면에 결합되는 복수의 제 2 서포터 레일(1182)를 포함한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 수평 스테이지 모듈에 대한 사시도이고, 도 9는 도 8에 도시된 수평 스테이지 모듈에 대한 분해 사시도이고, 도 10은 도 8에 도시된 수평 스테이지 모듈의 어퍼 가이드에 대한 일부 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 수평 스테이지 모듈(120)은, 블럭 커넥터(197)에 결합되는 제 1 스테이지 블럭(121)과, 제 1 스테이지 블럭(121)에 결합되는 어퍼 가이드(122)와, 제 1 스테이지 블럭(121)의 하측에 배치되어 어퍼 가이드(122)에 결합되는 제 2 스테이지 블럭(125)과, 제 2 스테이지 블럭(125)의 하측에 결합되는 제 3 스테이지 블럭(123)과, 제 3 스테이지 블럭(123) 및 쐐기 블럭(112)에 결합되며 어퍼 가이드(122)가 가이드 하는 방향과 직교하는 방향으로 가이드하는 로어 가이드(124)를 포함한다.
제 1 스테이지 블럭(121)은 블럭 커넥터(197)에 의하여 이동 블럭(192)에 연결된다. 제 1 스테이지 블럭(121)은 상단이 블럭 커넥터(197)의 돌출된 부분의 하측에 결합된다. 제 1 스테이지 블럭(121)은 어퍼 가이드(122)에 의하여 제 2 스테이지 블럭(125)과 미끄럼 결합된다. 제 1 스테이지 블럭(121)은 하측이 어퍼 가이드(122)에 결합된다.
어퍼 가이드(122)는 이동 블럭(192)에 연결되어 이동 블럭(192)을 좌우 방향으로 가이드한다. 어퍼 가이드(122)는 이동 블럭(192)이 좌우 방향으로 이동되거나 전후 방향을 축으로 회전(롤링, Rolling)되거나 상하 방향을 축으로 회전(요잉, Yawing)되지 않도록 좌우 방향의 부하를 상쇄시킨다.
어퍼 가이드(122)는 수평 방향으로 가이드하는 선형 가이드로서 크로스 롤러 가이드인 것이 바람직하다. 어퍼 가이드(122)는, 제 1 스테이지 블럭(121)에 결합되는 제 1 어퍼 레일(1222)과, 제 2 스테이지 블럭(125)에 결합되는 제 2 어퍼 레일(1221)과, 회전축이 수직 방향에서 전방으로 경사지게 배치되는 복수의 제 1 어퍼 롤러(1223)와, 회전축이 수직 방향에서 후방으로 경사지게 배치되는 복수의 제 2 어퍼 롤러(1224)를 포함한다.
제 1 어퍼 레일(1222) 및 제 2 어퍼 레일(1221)은 좌우 방향으로 길게 'V'자 홈으로 구름면이 형성된다. 복수의 제 1 어퍼 롤러(1223)와 복수의 제 2 어퍼 롤러(1224)는 회전축이 상호 직교하도록 배치된다.
제 2 스테이지 블럭(125)은 어퍼 가이드(122)에 의하여 제 1 스테이지 블럭(121)과 미끄럼 결합된다. 제 2 스테이지 블럭(125)은 제 3 스테이지 블럭(123)과 고정 결합된다.
제 3 스테이지 블럭(123)은 상단이 제 2 스테이지 블럭(125)에 결합된다. 제 3 스테이지 블럭(123)은 로어 가이드(124)에 의하여 쐐기 스테이지 모듈(110)과 미끄럼 결합된다. 제 3 스테이지 블럭(123)은 하측이 로어 가이드(124)에 결합된다.
로어 가이드(124)는 어퍼 가이드(122)가 가이드하는 방향과 직교하는 방향으로 가이드한다. 로어 가이드(124)는 이동 블럭(192)에 연결되어 이동 블럭(192)을 전후 방향으로 가이드한다. 로어 가이드(124)는 이동 블럭(192)이 전후 방향으로 이동되거나 좌우 방향을 축으로 회전(피칭, Pitching)되거나 상하 방향을 축으로 회전(요잉, Yawing)되지 않도록 전후 방향의 부하를 상쇄시킨다.
로어 가이드(124)는 수평 방향으로 가이드하는 선형 가이드로서 크로스 롤러 가이드인 것이 바람직하다. 로어 가이드(124)는 상술한 어퍼 가이드(122)와 마찬가지로, 제 1 로어 레일(미도시), 제 2 로어 레일(미도시), 복수의 제 1 로어 롤러(미도시) 및 복수의 제 2 로어 롤러(미도시)를 포함하여 구성된다.
상술한 실시예에서 어퍼 가이드(122)는 좌우 방향을 가이드하고 로어 가이드(124)는 전후 방향을 가이드하는 것으로 설명하였으나, 어퍼 가이드(122)가 전후 방향을 가이드하고 로어 가이드(124)가 좌우 방향을 가이드하도록 배치되어도 무방하다.
또한, 실시예에 따라 제 2 스테이지 블럭(125)은 생략되고 어퍼 가이드(122)가 제 1 스테이지 블럭(121)과 제 3 스테이지 블럭(123)을 미끄럼 결합할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 수직 가이드에 대한 사시도이고, 도 12는 도 11에 도시된 수직 가이드에 대한 절개 사시도이다.
본 발명의 실시예에 따른 수직 가이드(130)는, 이동 블럭(192)의 측단에 결합되며 수직 방향으로 길게 형성된 이동 레일(132)과, 고정 블럭(191)에 결합되며 수직 방향으로 길게 형성된 고정 레일(131)과, 회전축이 수평방향으로 배치되며 인접한 쌍끼리 직교하도록 배치되는 복수의 크로스 롤러(133, 134)를 포함한다.
이동 레일(132)은 수직 방향으로 길게 'V'자 홈으로 구름면이 형성된다. 이동 레일(132)은 수직 방향으로 길게 배치된다. 이동 레일(132)은 이동 블럭(192)의 측단에 수직 방향으로 길게 형성된 턱에 2면이 밀착된다. 이동 레일(132)은 이동 블럭(192)과 밀착되는 면이 복수의 크로스 롤러(133, 134) 중 어느 하나의 회전축과도 평행하거나 수직하지 않는다.
고정 레일(131)은 수직 방향으로 길게 'V'자 홈으로 구름면이 형성된다. 고정 레일(131)은 수직 방향으로 길게 배치된다. 고정 레일(131)은 고정 블럭(191)의 양측 전면에 수직 방향으로 길게 형성된 턱에 2면이 밀착된다. 고정 레일(131)은 고정 블럭(191)와 밀착되는 면이 복수의 크로스 롤러(133, 134) 중 어느 하나의 회전축과도 평행하거나 수직하지 않는다.
복수의 크로스 롤러(133, 134)는 고정 레일(131) 및 이동 레일(132)에 'V'자로 형성된 구름면에 배치된다. 복수의 크로스 롤러(133, 134)는, 회전축이 전후 방향에서 우측으로 비스듬하게 배치되는 복수의 제 1 크로스 롤러(133)와, 회전축이 전후 방향에서 좌측으로 비스듬하게 배치되는 복수의 제 2 크로스 롤러(134)를 포함한다. 복수의 제 1 크로스 롤러(133)와 복수의 제 2 크로스 롤러(134)는 하나씩 교차하여 수직 방향으로 배치된다.
수평 스테이지 모듈(120)은 가이드하는 방향이 복수의 크로스 롤러(133, 134) 중 어느 하나의 회전축과도 일치하지 않는 것이 바람직하다. 복수의 크로스 롤러(133, 134)의 회전축은 수평 스테이지 모듈(120)이 가이드하는 방향인 전후 방향 및 좌우 방향과 일치하지 않은 전후 방향과 좌우 방향의 사이로 비스듬하게 배치된다. 이에 따라 수평 스테이지 모듈(120)은 수직 가이드(130)로 인한 수평 방향 부하를 해소할 뿐 이로 인한 유격이 발생되지 않는다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 광학 장비의 이동 장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
모터(111)가 구동되어 볼 스크류(116)가 일방향으로 회전하면 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 서포터 가이드(118)에 의하여 미끄러지며 상호 가까워지는 방향으로 수평 이동한다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 상호 가까워지면 쐐기 블럭(112)이 쐐기 가이드(113)에 의하여 미끄러져 상측으로 이동된다. 쐐기 블럭(112)이 상측으로 이동되면 수평 스테이지 모듈(120) 및 블럭 커넥터(197)에 의하여 쐐기 블럭(112)과 연결된 이동 블럭(192)이 상측으로 이동한다. 이동 블럭(192)은 수직 가이드(130)에 의하여 고정 블럭(191)에 대하여 수직 방향으로만 이동한다. 이동 블럭(192)이 상측으로 이동하면 이동 블럭(192)에 고정된 광학 장비(10)가 상측으로 이동한다.
모터(111)가 구동되어 볼 스크류(116)가 타방향으로 회전하면 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 서포터 가이드(118)에 의하여 미끄러지며 상호 멀어지는 방향으로 수평 이동한다. 한 쌍의 볼 너트 블럭(115)이 상호 멀어지면 쐐기 블럭(112)이 쐐기 가이드(113)에 의하여 미끄러져 하측으로 이동된다. 쐐기 블럭(112)이 하측으로 이동되면 수평 스테이지 모듈(120) 및 블럭 커넥터(197)에 의하여 쐐기 블럭(112)과 연결된 이동 블럭(192)이 하측으로 이동한다. 이동 블럭(192)이 하측으로 이동하면 이동 블럭(192)에 고정된 광학 장비(10)가 하측으로 이동한다.
이동 블럭(192)의 수직 방향 이동시 수직 가이드(130) 및/또는 쐐기 스테이지 모듈(110)에서 발생되는 반발력, 추력 또는 진동에 의한 부하가 수평 스테이지 모듈(120)에 의하여 해소된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
10: 광학 장비 110: 쐐기 스테이지 모듈
111: 모터 112: 쐐기 블럭
113: 쐐기 가이드 115: 볼 너트 블럭
116: 볼 스크류 118: 서포터 가이드
119: 쐐기 서포터 120: 수평 스테이지 모듈
121: 제 1 스테이지 블럭 122: 어퍼 가이드
123: 제 3 스테이지 블럭 124: 로어 가이드
125: 제 2 스테이지 블럭 130: 수직 가이드
131: 고정 레일 132: 이동 레일
133: 제 1 크로스 롤러 134: 제 2 크로스 롤러
191: 고정 블럭 192: 이동 블럭
195: 석정반 커넥터 197: 블럭 커넥터

Claims (27)

  1. 전면에 광학 장비가 결합되는 이동 블럭;
    상기 이동 블럭의 후방에 배치되며 석정반에 결합되는 고정 블럭;
    상기 고정 블럭에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 이동하는 쐐기 스테이지 모듈;
    상기 이동 블럭의 측단에 배치되어 상기 이동 블럭을 수직 방향으로 가이드하는 수직 가이드; 및
    상기 쐐기 스테이지 모듈과 상기 이동 블럭 사이에 연결되어 수평 방향으로 자유도를 부여하는 수평 스테이지 모듈을 포함하고,
    상기 수평 스테이지 모듈은 상기 이동 블럭에 상호 직교하는 2축으로 자유도를 부여하고,
    상기 수직 가이드는 회전축이 수평방향으로 배치되며 인접한 쌍끼리 직교하도록 배치되는 복수의 크로스 롤러를 포함하고,
    상기 수평 스테이지 모듈은 상기 상호 직교하는 2축이 상기 복수의 크로스 롤러 중 어느 하나의 회전축과도 일치하지 않는 광학 장비의 이동 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은 상기 고정 블럭의 후방에 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은 상기 석정반의 상측에 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은,
    구동력을 제공하는 모터;
    상기 모터에 의하여 회전하는 볼 스크류;
    상기 수평 스테이지 모듈에 결합되며 하측에 경사면이 형성된 쐐기 블럭;
    상측에 경사면이 형성되며 상기 볼 스크류의 회전에 의하여 수평방향으로 이동하여 상기 쐐기 블럭을 수직 방향으로 이동하는 볼 너트 블럭을 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 쐐기 블럭은 하측에 대칭되는 V자 경사면이 형성되고,
    상기 볼 너트 블럭은 한 쌍으로 구비되고,
    상기 한 쌍의 볼 너트 블럭은 상기 쐐기 블럭의 상기 V자 경사면에 대응되어 상호 대칭으로 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 볼 너트 블럭은 상기 모터의 구동시 상호 멀어지거나 상호 가까워지도록 이동하는 광학 장비의 이동 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 모터는 회전축이 수평 방향으로 배치되며 상기 이동 블럭의 양측단 방향으로 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은,
    상기 쐐기 블럭과 상기 한 쌍의 볼 너트 블럭을 상호 미끄럼되도록 연결하는 복수의 쐐기 가이드를 더 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은,
    상기 고정 블럭에 결합되어 상기 한 쌍의 볼 너트 블럭이 수평 방향으로 이동 가능하도록 지지하는 쐐기 서포터를 더 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 쐐기 스테이지 모듈은,
    상기 쐐기 서포터와 상기 한 쌍의 볼 너트 블럭을 상호 미끄럼되도록 연결하는 복수의 서포터 가이드를 더 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 쐐기 서포터는 상기 고정 블럭과 적어도 2면이 밀착되는 광학 장비의 이동 장치.
  12. 제 4 항에 있어서,
    상기 고정 블럭을 상기 석정반에 결합하는 석정반 커넥터를 더 포함하고,
    상기 모터는 상기 석정반 커넥터에 결합되는 광학 장비의 이동 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 석정반 커넥터는 상기 고정 블럭의 측단에 결합되는 광학 장비의 이동 장치.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 가이드는 한 쌍으로 구비되며,
    상기 한 쌍의 수직 가이드는 상기 이동 블럭의 양측단에 각각 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  15. 삭제
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 수직 가이드는,
    상기 이동 블럭의 측단에 결합되며 수직 방향으로 길게 형성된 이동 레일; 및
    상기 고정 블럭에 결합되며 수직 방향으로 길게 형성된 고정 레일을 더 포함하고,
    상기 복수의 크로스 롤러는 상기 이동 레일과 상기 고정 레일 사이에 배치되는 광학 장비의 이동 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 이동 블럭은 상기 이동 레일과 적어도 2면이 밀착되도록 수직 방향으로 긴 턱이 형성되는 광학 장비의 이동 장치.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이동 레일은 상기 이동 블럭과 밀착되는 면이 상기 복수의 크로스 롤러 중 어느 하나의 회전축과도 평행하거나 수직하지 않은 광학 장비의 이동 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 고정 블럭은 상기 고정 레일과 적어도 2면이 밀착되도록 수직 방향으로 긴 턱이 형성되는 광학 장비의 이동 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 고정 블럭은 상기 이동 레일과 밀착되는 면이 상기 복수의 크로스 롤러 중 어느 하나의 회전축과도 평행하거나 수직하지 않은 광학 장비의 이동 장치.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 스테이지 모듈은,
    상기 이동 블럭에 연결되는 어퍼 가이드; 및
    상기 쐐기 스테이지 모듈에 연결되는 어퍼 가이드가 가이드하는 방향과 직교하는 방향으로 가이드하는 로어 가이드를 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 어퍼 가이드는 상기 이동 블럭의 양측단 방향인 좌우 방향으로 가이드하고,
    상기 로어 가이드는 전후 방향으로 가이드하는 광학 장비의 이동 장치.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 수평 스테이지 모듈은 상기 이동 블럭을 회전하거나 수평 방향으로 이동하려는 힘을 상쇄하는 광학 장비의 이동 장치.
  26. 제 1 항에 있어서,
    상기 이동 블럭의 상단에 결합되어 후방으로 돌출되어 배치되는 블럭 커넥터를 더 포함하고,
    상기 수평 스테이지 모듈은 상기 블럭 커넥터의 돌출된 부분의 하측에 결합되는 광학 장비의 이동 장치.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 수평 스테이지 모듈은,
    상기 블럭 커넥터에 결합되는 제 1 스테이지 블럭;
    상기 제 1 스테이지 블럭에 결합되는 어퍼 가이드;
    제 1 스테이지 블럭의 하측에 배치되어 상기 어퍼 가이드에 결합되는 제 2 스테이지 블럭;
    상기 제 2 스테이지 블럭의 하측에 결합되는 제 3 스테이지 블럭; 및
    상기 제 3 스테이지 블럭 및 상기 쐐기 스테이지 모듈에 결합되며 상기 어퍼 가이드가 가이드 하는 방향과 직교하는 방향으로 가이드하는 로어 가이드를 포함하는 광학 장비의 이동 장치.
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