KR102602634B1

KR102602634B1 - 힌지구조를 갖는 스테이지

Info

Publication number: KR102602634B1
Application number: KR1020210025481A
Authority: KR
Inventors: 조규중; 김민지
Original assignee: 이노6 주식회사
Priority date: 2021-02-25
Filing date: 2021-02-25
Publication date: 2023-11-16
Also published as: KR20220121436A

Abstract

본 발명의 실시예에 따른 스테이지는 베이스, 상기 베이스의 상부 측면에 형성되는 정반엣지, 상기 정반엣지의 상부에 형성되는 모터 스테이터, 상기 모터 스테이터에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자, 상기 가동자가 연결되는 모터 브라켓, 상기 모터 브라켓의 측면에 연결되는 엔코더, 상기 베이스의 상부에 부착되어 베이스 상에서 모터의 움직임을 가이드하는 리니어 모터 가이드, 상기 리니어 모터 가이드에 연결되는 가이드 레일 및 상기 가이드 레일 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드, 상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부에 형성되는 이동자를 포함하되, 상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부소정영역에 상기 모터 브라켓이 연결된다.

Description

힌지구조를 갖는 스테이지{STAGE HAVING A HINGE STRUCTURE}

본 발명은 힌지구조를 갖는 스테이지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 테이블의 움직임 등으로 발생하는 기구적인 스트레스를 흡수하는 힌지구조를 갖는 스테이지에 관한 것이다.

힌지구조를 갖는 스테이지는 베이스 상부에 놓이는 테이블이 XY 평면 상을 이동할 수 있도록 구성되어 있다. 또한 ZT스테이지로 구성된 경우 Z방향으로 상승하고, 회전할 수 있도록 구성된다.

테이블 장치는 테이블 위에 놓여지는 기판 등의 위치를 정밀하게 조절하는 얼라이먼트 테이블로서 이용된다.

한국 공개특허공보 제2008-0083297호, 한국 공개특허공보 제2000-0006149호, 일본 공개특허공보 제2005-297189호 등 평면상을 이동하는 테이블은 XY 평면 상을 이동할 수 있도록 수직한 방향으로 각각 동력을 제공하는 2개의 모터를 포함한다. 2개의 모터를 하나의 제어 시스템으로 제어하는 경우에 테이블이 이동되는 축의 비틀림이 발생될 수 있다.

이러한 축의 비틀림이나 기구적인 스트레스에 대항하기 위해서 스테이지는 힌지구조를 포함하는 프랙셜 가이드를 베이스의 상부면에 부착하여 베이스 상부에서 기구들의 기동이나 회전에 의해서 발생하는 기구적인 스트레스를 완화하거나 흡수하는 기능을 수행하도록 한다.

그러나 스테이지 구조상 베이스의 상부에서 테이블을 XY축으로 구동시키는 LM가이드는 베이스에 의해 구속을 받지 못하고 오픈루프를 형성한다. 이러한 문제점은 베이스의 엣지에 부착되는 스케일이 정렬할때는 LM레일이 기준이 된다는 점 때문에 엔코더에 의한 측정값을 검출하지 못하는 문제점이 발생하게 된다.

위와 같은 문제점을 극복하기 위해 기존 스테이지 구조변경의 필요성이 대두되어왔다.

대한민국 공개특허 제2008-0083297호 대한민국 공개특허 제2000-0006149호 일본 공개특허 제2005-297189호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 테이블의 이동에 따른 기구적인 스트레스를 효율적으로 흡수할 수 있는 스테이지를 제공하는데 있다.

또한, 상기 엣지 프랙셜 가이드는 양단에 엣지 프랙셜 힌지가 설치될 수 있다.

또한, 상기 이동자 중앙하부에 너비방향으로 형성되는 중앙 프랙셜 가이드를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 중앙 프랙셜 가이드는 중심에 중앙 프랙셜 힌지가 설치되되, 상기 중앙 프랙셜 힌지는 Z축방향으로 상기 이동자의 상부에 형성되는 보이스코일모터의 강성과 일치하는 강성을 갖도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 정반에지의 측면에 부착되되, 상기 엔코더 위치와 대응되도록 설치되는 스케일을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 스테이지는 베이스, 상기 베이스의 상부 측면에 형성되는 정반엣지, 상기 정반엣지의 상부에 형성되는 모터 스테이터, 상기 모터 고정자에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자, 상기 가동자가 연결되는 모터 브라켓, 상기 베이스의 상부에 부착되어 베이스 상에서 모터의 움직임을 가이드하는 리니어 모터 가이드, 상기 리니어 모터 가이드에 연결되는 가이드 레일 및 상기 가이드 레일 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드, 상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부에 형성되는 이동자, 상기 이동자의 하부에 연결되는 엔코더 및 상기 베이스의 상부면에 상기 엔코더와 대응되는 위치에 설치되는 스케일을 포함하되, 상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부소정영역에 상기 모터 브라켓이 연결된다.

본 발명의 실시예들에 따른 힌지구조를 포함하는 스테이지는 테이블이 XY 평면 상을 이동되면서 발생될 수 있는 비틀림 현상을 방지할 수 있다.

또한, 비틀림 현상을 방지함으로써, 테이블의 이동을 보다 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 스트레스 누적에 따른 기구적인 변형에도 불구하고 정확한 위치를 측정할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지의 부분단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프랙셜 가이드 설치도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위치정확도 측정결과이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지의 확대단면도이다.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시 예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들을 특정한 개시 형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 벗어나지 않은 채, 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성 요소는 제1 구성 요소로도 명명될 수 있다.

어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 본 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나 특허출원의 범위가 이러한 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지의 부분단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 힌지구조를 갖는 스테이지는 베이스(100), 상기 베이스(100)의 상부 측면에 형성되는 정반엣지(110), 상기 정반엣지(110)의 상부에 형성되는 모터 스테이터(210), 상기 모터 스테이터(210)에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자(220), 상기 가동자(220)가 연결되는 모터 브라켓(300), 상기 모터 브라켓(300)의 측면에 연결되는 엔코더(400), 상기 베이스(100)의 상부에 부착되어 베이스(100) 상에서 모터의 움직임을 가이드하는 리니어 모터 가이드(500), 상기 리니어 모터 가이드(500)에 연결되는 가이드 레일(600) 및 상기 가이드 레일(600) 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드(710), 상기 엣지 프랙셜 가이드(710)의 상부에 형성되는 이동자(800)를 포함하되, 상기 엣지 프랙셜 가이드(710)의 상부소정영역에 상기 모터 브라켓(300)이 연결된다.

베이스(100)는 제진대 위에 놓여 있는 석정반 등일 수 있고, 상부에 놓이는 기구를 고정시키거나 자유롭게 이동할 수 있도록 개방형 구조로 되어 있다.

베이스(100)는 직각사각형 형상으로서 너비방향 모서리에 기구물들을 고정시키기 위한 정반에지(110)가 형성될 수 있다. 정반에지(110)는 베이스(100)의 바닥에 고정될 수 있다.

일반적으로 베이스(100)는 바닥의 진동을 상부에 놓이는 테이블에 전달하지 않고 흡수할 수 있는 구조의 제진대 위에 놓인다. 제진대로는 능동형, 수동형 어떠한 타입이 사용될 수도 있다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 스테이지는 정반엣지(110)의 상부면에 모터 스테이터(210)가 설치되고, 모터 스테이터(210)에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자(220)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 모터 스테이터(210)와 가동자(220)는 선형모터, 즉 리니어 모터를 구성하는 구성요소로서, 모터 스테이터(210) 내에 자기장이 형성되고, 형성된 자기장의 세기 및 방향 등에 의해서 가동자(220)의 이동방향과 위치를 조절할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 리니어 모터는 일반적인 선형모터에 해당하여 자세한 설명은 생략한다.

모터 브라켓(300)은 리니어 모터의 가동자(220)와 연결된다. 특히, 모터 브라켓(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 “ㄴ”자 형태로 되어 있고, 세로방향으로 솟아 있는 부위에 가동자(220)가 연결되는 것이 바람직하다. 특히, 가동자(220)의 선형운동에 따라 모터 브라켓(300)도 같은 방향으로 이동하는 구조로 되어 있어, 모터 브라켓(300)과 가동자(220)는 견고하게 결합된다.

엔코더(400)는 스케일(410)과 함께 선형이동시의 위치를 파악하는 장치이다. 특히, 엔코더(400)는 모터 브라켓(300)의 측면에 연결되어 가동자(220)와 같은 방향의 상하로 배치될 수 있다.

리니어 모터 가이드(500)는 베이스(100)의 상부에 부착되어 베이스(100) 상에서 리니어 모터의 움직임을 가이드 한다. 도 1에 도시된 바와 같이 리니어 모터 가이드(500)는 베이스(100)의 너비 방향으로 길게 형성되어 있으며, 본 발명의 실시예에 따른 스테이지는 도 1과 같이 베이스(100) 상에 3개가 형성될 수 있다.

스테이지의 양측면에 설치되어 있는 리니어 모터는 이동자(800)를 선형이동시키게 된다. 이동자(800)가 추력에 의해서 선형이동할 때 리니어 모터 가이드(500)는 이동자(800) 하부에 설치되어 있는 가이드 레일(600)과 맞물려서 이동자(800)가 뒤틀림 없이 움직이도록 유도한다.

가이드 레일(600) 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드(710)는 기구내의 스트레스를 흡수하는 기능을 수행한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 프랙셜 가이드 설치도이다.

도 3에 도시된 바와 같이 엣지 프랙셜 가이드(710)는 양단에 엣지 프랙셜 힌지(711)가 설치되고, 중앙 프랙셜 가이드(720)는 중심영역에 중앙 프랙셜 힌지(721)가 설치된다.

엣지 프랙셜 힌지(711)는 가장자리 영역에서 충격이나 진동을 흡수하여 기구로 스트레스가 전달되지 않도록 하는 기능을 수행하고, 중앙 프랙셜 힌지(721)는 이동자(800)의 상부에 놓이는 보이스 코일 모터(미도시)의 강성과 일치하는 강성을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.

특히 중앙 프랙셜 힌지(721)는 X, Y방향으로는 높은 강성을 갖고, Z방향 강성에 대해서는 놓이게 될 보이스 코일 모터의 강성(미도시)과 일치하도록 한다.

본 발명의 제1실시예에 따른 스케일(410)은 정반에지(110) 측면에 부착되되, 엔코더(400)위치와 대응되는 위치에 설치되어 엔코더(400)와 함께 선형이동에 따른 위치를 정확히 검출한다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 힌지구조를 갖는 스테이지는 엣지 프랙셜 힌지(711)를 포함하는 엣지 프랙셜 가이드(710), 중앙 프랙셜 힌지(721)를 포함하는 중앙 프랙셜 가이드(720)를 측면과 중앙에 각각 설치하여 기구 내에서의 스트레스를 저감시키는 기능을 수행한다. 다만, 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지는 리니어모터 가이드(500)가 스케일(410)이 붙어 있는 정반엣지(110)와 오픈루프를 형성하게 된다. 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지는 백레쉬(backlash)현상이 발생하게 되어, 스테이지를 제어하는 제어부(미도시) 측에서 보정을 필요로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 위치정확도 측정결과이다.

도 4에 도시되어 있는 왼편 그래프는 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지에서 백레쉬 보정이 이루어지지 않았을 경우 위치정확도측정치의 오차(화살표)를 나타냄을 확인할 수 있다. 이와 달리 본 발명의 제1실시예에 따른 스테이지에서 백레쉬 보정을 할 경우 도 5의 오른편 그래프와 같이 오고 가는 방향에서 위치정확도측정시에 오차가 많이 줄어듬을 확인할 수 있다.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지의 확대단면도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지는 베이스(100), 상기 베이스(100)의 상부 측면에 형성되는 정반엣지(110), 상기 정반엣지(110)의 상부에 형성되는 모터 스테이터(210), 상기 모터 스테이터(210)에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자(220), 상기 가동자(220)가 연결되는 모터 브라켓(300), 상기 베이스(100)의 상부에 부착되어 베이스(100) 상에서 모터의 움직임을 가이드하는 리니어 모터 가이드(500), 상기 리니어 모터 가이드(500)에 연결되는 가이드 레일(600) 및 상기 가이드 레일(600) 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드(710), 상기 엣지 프랙셜 가이드(710)의 상부에 형성되는 이동자(800), 상기 이동자(800)의 하부에 연결되는 엔코더(400) 및 상기 베이스(100)의 상부면에 상기 엔코더(400)와 대응되는 위치에 설치되는 스케일(410)을 포함하되, 상기 엣지 프랙셜 가이드(710)의 상부소정영역에 상기 모터 브라켓(300)이 연결된다.

앞선 제1실시예와 중복된 구성에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 제2실시예에 따른 스테이지는 제1실시예와 같이 오픈 루프(open loop)가 형성되는 것이 아닌 폐루프(close loop)가 형성되는데 차이가 있다.

본 발명의 제2실시예와 같이 폐루프(close loop)가 형성되도록 하기 위해 엔코더(400)가 이동자(800)의 하부에 연결되고, 스케일(410)은 베이스(100)의 상부면에 엔코더(400)와 대응되는 위치에 설치된다. 본 발명의 제2실시예와 같이 엔코더(400)와 스케일(410)의 위치를 바꿈으로 인해서 제어부(미도시)에서의 별도 백레쉬 보정은 필요치 않게 된다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

100 베이스
210 모터 스테이터
220 가동자
300 모터브라켓
400 엔코더
410 스케일
500 리니어 모터 가이드
600 가이드 레일
710 엣시프렉셜 가이드
800 이동자

Claims

베이스;
상기 베이스의 상부 측면에 형성되는 정반엣지;
상기 정반엣지의 상부에 형성되는 모터 스테이터;
상기 모터 스테이터에 삽입되어 전기적 추력을 발생시키는 가동자;
상기 가동자가 연결되는 모터 브라켓;
상기 모터 브라켓의 측면에 연결되는 엔코더;
상기 베이스의 상부에 부착되어 베이스 상에서 모터의 움직임을 가이드하는 리니어 모터 가이드;
상기 리니어 모터 가이드에 연결되는 가이드 레일; 및
상기 가이드 레일 상부에 형성되는 엣지 프랙셜 가이드;
상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부에 형성되는 이동자를 포함하되,
상기 엣지 프랙셜 가이드의 상부소정영역에 상기 모터 브라켓이 연결되며,
상기 이동자 중앙하부에 너비방향으로 형성되는 중앙 프랙셜 가이드를 더 포함하고,
상기 중앙 프랙셜 가이드는 중심에 중앙 프랙셜 힌지가 설치되되, 상기 중앙 프랙셜 힌지는 Z축방향으로 상기 이동자의 상부에 형성되는 보이스코일모터의 강성과 일치하는 강성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 힌지구조를 갖는 스테이지.
제1항에 있어서,
상기 엣지 프랙셜 가이드는 양단에 엣지 프랙셜 힌지가 설치되는 것을 특징으로 하는 힌지구조를 갖는 스테이지.
삭제
삭제
제1항에 있어서,
상기 정반엣지의 측면에 부착되되, 상기 엔코더 위치와 대응되도록 설치되는 스케일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 힌지구조를 갖는 스테이지.
삭제