KR102646040B1 - 구동 장치 - Google Patents

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후오리앙 우
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인관 세미콘덕터 테크놀로지 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 구동 장치로서, 트레이, 회전 테이블, 회전 모터, 수직 이동 장치 및 자기 부상 중력 보상 장치를 포함하되, 상기 회전 테이블은 상기 트레이의 하방에 위치하고, 이의 상부 표면에는 환형 상부 캐비티가 설치되며, 하부 표면에는 하부 캐비티가 설치되되, 회전 테이블의 상부 표면에 수직되는 투영 방향에서 상부 캐비티와 하부 캐비티의 투영이 서로 엇갈리며; 회전 모터는 환형 상부 캐비티 내에 수용되고, 회전 모터 로터와 회전 모터 스테이터를 포함하며, 회전 모터 스테이터는 회전 테이블에 대해 고정되고, 회전 모터 로터는 트레이에 대해 고정되며; 수직 이동 장치는 하부 캐비티 내에 위치하여 회전 테이블을 수직 이동하도록 구동할 수 있도록 구성되고; 자기 부상 중력 보상 장치는 하부 캐비티 내에 위치하여 회전 테이블에 대해 중력 보상을 수행할 수 있도록 구성되는 구동 장치를 제공한다. 종래 기술에 비해 본 발명의 구동 장치는 수직 사이즈가 현저히 감소되고, 또한 자기 부상 중력 보상 장치의 적용을 통해 구동 장치의 수직 운동 정밀도가 현저히 향상된다.

Description

구동 장치{MOTION DEVICE}
관련 출원의 상호 참조
본 특허 출원은 2019년 04월 30일에 제출된 출원번호가201910363238.3이고 발명의 명칭이 "구동 장치"인 중국 특허 출원 및 2019년 07월 12일에 제출된 출원번호가 201910628196.1이고 발명의 명칭이 "구동 장치"인 중국 특허 출원의 우선권을 주장하는 바, 상기 출원의 모든 내용은 참조로서 본 발명에 인용된다.
본 발명은 집적회로 장비 제조 분야에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 정밀도가 높은 수직 운동 및 회전 기능을 제공하는 구동 장치에 관한 것이다.
반도체 실리콘 웨이퍼의 막 두께 검출 분야에서 공작물 테이블은 실리콘 웨이퍼 전송 시스템과 함께 실리콘 웨이퍼 이송을 완료할 수 있어야 하고, 아울러 12인치 또는 8인치 실리콘 웨이퍼를 탑재하여 360° 회전 및 수직 운동을 완료함으로써 실리콘 웨이퍼 막 두께에 대한 검출을 완료해야 한다. 따라서 막 두께 검출에 적용되는 공작물 테이블 장치에서 회전/수직 이동 테이블은 핵심 부재이다. 생산성 요구사항 및 막 두께 검출 정밀도의 지속적인 향상으로 공작물 테이블의 운행 속도, 가속도 및 성능도 따라서 향상되므로 보다 경량화, 플랫화되고 운동 정밀도가 보다 높은 공작물 테이블의 디자인이 필요하다. 미국 특허 US2004246012A1에서는 해당 분야의 공작물 테이블 해결수단을 제안한다. 해당 발명의 수직 이동 테이블(지지 플랫폼(112))은 수직 장치에 고정되고, 척 유닛은 수직 이동 테이블에 고정된다. 또한 수직 장치는 선형 모터를 통해 쐐기형 블록을 구동하고, 아울러 2 개의 0.5mm 두께 리드를 이용하여 왕복력을 제공함으로써 수직 운동을 구현한다. 해당 발명은 구조가 단순한 반면 높이 사이즈가 너무 크므로 플랫화 디자인을 구현하기 어렵다.
미국 특허 US6779278B1에서는 해당 분야의 다른 공작물 테이블 해결수단을 제안한다. 해당 발명의 수직 이동 테이블(Z 플랫폼)은 수직 장치에 고정되고, 척은 수직 이동 테이블에 고정된다. 또한 수직 장치는 보이스 코일 모터를 통해 직접 구동을 구현하고, 스프링을 통해 보이스 코일 모터의 중력 보상을 구현하여 보이스 코일 모터의 부하를 줄인다. 해당 발명은 구조가 단순하고 수직 사이즈가 작아 플랫화 디자인을 기본적으로 구현한다. 그러나 보이스 코일 모터가 스프링을 적용하여 중력 보상을 수행하므로 수직 정밀도는 높은 정밀도를 구현하기 어렵다.
따라서, 집적회로의 장비 제조 분야에서는 플랫화 디자인을 구현함과 아울러 너무 낮은 수직 운동 정밀도를 해결할 수 있는 정밀 구동 장치가 필요하다.
본 발명은 플랫 구조를 갖는 정밀 구동 장치를 제공함으로써 구동 장치의 높이 사이즈가 너무 큰 종래 기술의 문제점을 해결하여 플랫화 디자인을 구현하고, 수직 운동 정밀도가 너무 낮은 종래 기술의 문제점을 해결한다.
구체적으로, 본 발명은 하기와 같은 구동 장치를 제공하여 상술한 문제점을 해결한다. 상기 장치, 상기 구동 장치는,
트레이, 회전 테이블, 회전 모터, 수직 이동 장치 및 자기 부상 중력 보상 장치를 포함하되,
상기 회전 테이블은 상기 트레이의 하방에 위치하고, 상기 회전 테이블의 상부 표면에는 환형 상부 캐비티가 설치되며, 상기 회전 테이블의 하부 표면에는 하부 캐비티가 설치되되, 상기 회전 테이블의 상부 표면에 수직되는 투영 방향에서 상기 상부 캐비티와 상기 하부 캐비티의 투영은 서로 엇갈리며;
상기 회전 모터는 상기 환형 상부 캐비티 내에 수용되고, 상기 회전 모터는 회전 모터 로터와 회전 모터 스테이터를 포함하며, 상기 회전 모터 스테이터는 상기 회전 테이블에 대해 고정되고, 상기 회전 모터 로터는 상기 트레이에 대해 고정되며;
상기 수직 이동 장치는 상기 하부 캐비티 내에 위치하여 상기 회전 테이블을 수직 이동하도록 구동할 수 있도록 구성되고;
상기 자기 부상 중력 보상 장치는 상기 하부 캐비티 내에 위치하여 상기 회전 테이블에 대해 중력 보상을 수행할 수 있도록 구성된다.
일 실시예에서, 상기 수직 이동 장치와 상기 자기 부상 중력 보상 장치는 서로 집적되어 상기 하부 캐비티 내에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 하부 캐비티는 복수의 하부 캐비티를 포함하고, 상기 수직 이동 장치와 상기 자기 부상 중력 보상 장치는 각각 다른 하부 캐비티 내에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 복수의 하부 캐비티는 중심 캐비티와 주변 캐비티를 포함하고, 상기 중심 캐비티의 평면 위치는 상기 환형 상부 캐비티에 의해 둘러싸여 상기 수직 이동 장치를 수용하고; 상기 주변 캐비티는 상기 환형 상부 캐비티의 외주에 위치하여 상기 자기 부상 중력 보상 장치를 수용한다.
일 실시예에서, 상기 구동 장치는 공작물을 상기 트레이에 안착하거나 상기 트레이로부터 공작물을 이송하도록 구성된 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치를 더 포함한다.
일 실시예에서, 상기 수직 이동 장치는 보이스 코일 모터를 포함하고, 상기 보이스 코일 모터는 중공형 구조이며, 상기 트레이는 진공 척 장치이다.
일 실시예에서, 상기 하부 캐비티는 4 개의 주변 캐비티를 포함하고, 각각의 상기 주변 캐비티는 하나의 자기 부상 중력 보상 장치를 수용한다.
일 실시예에서, 상기 수직 이동 장치와 상기 자기 부상 중력 보상 장치가 서로 집적된 구조는,
외부 표면에 내부 자기 링이 씌움 설치된 보이스 코일 모터 스테이터; 및
외부 표면에 외부 자기 링이 씌움 설치된 보이스 코일 모터 로터를 포함한다.
일 실시예에서, 상기 회전 테이블은 회전 격자 눈금자를 포함하며, 상기 회전 격자 눈금자는 상기 환형 상부 캐비티내에 위치한다.
일 실시예에서, 상기 회전 모터 스테이터와 상기 환형 상부 캐비티 내벽 사이에는 하나의 베어링만 설치되어 있다.
다차원 운동을 구현할 수 있는 종래 기술의 구동 장치는 일반적으로 회전 운동과 수직 운동을 구현하기 위한 부분이 중첩되어 구동 장치의 수직 사이즈가 너무 크다. 종래 기술에 비해 본 발명의 구동 장치는 수직 사이즈가 현저히 감소되고, 또한 자기 부상 중력 보상 장치를 적용함으로써 구동 장치의 수직 운동 정밀도가 현저히 향상된다.
도 1은 본 발명에 따른 구동 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 구동 장치의 단면도이다.
도 3은 트레이가 제거된 본 발명에 따른 구동 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 사시도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 단면도이다.
도 6 은 본 발명에 따른 회전 테이블 베이스의 평면 사시도이다.
도 7은 본 발명에 따른 회전 테이블 베이스의 저면 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 정밀 구동 장치의 보이스 코일 모터의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 레이아웃의 다른 실시예이다.
도 10은 본 발명에 따른 자기 부상 중력 보상 장치의 또 다른 실시예이다.
이하, 본 발명의 목적, 특징 및 이점을 보다 명확하게 이해하도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 도면에 도시된 실시예들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니라, 단지 본 발명의 기술적 해결수단의 본질적인 사상을 설명하기 위한 것임을 이해해야 한다.
아래 설명에서, 개시된 다양한 실시예를 설명할 목적으로, 개시된 다양한 실시예에 대한 완전한 이해를 제공하기 위해 일부 구체적인 세부사항이 제시된다. 그러나, 당업자는 실시예가 하나 이상의 이러한 구체적인 세부사항 없이 실시될 수 있음을 인식할 수 있다. 다른 상황에서, 본 발명과 관련된 공지된 장치, 구조 및 기술은 실시예의 설명을 불필요하게 흐리지 않도록 상세하게 도시되거나 설명되지 않을 수 있다.
문맥상 달리 요구하지 않는 한, 명세서 및 청구범위 전반에 걸쳐 "포함하는" 및 "가지는"과 같은 "포함"이라는 단어 및 이의 변형은 개방적이고 포괄적인 의미로 이해되어야 하는 바, 즉, "포함하나 이에 한정되지 않음"의 의미로 해석되어야 한다.
명세서 전체에서 "하나의 실시예" 또는 "일 실시예"에 대한 언급은 실시예와 결합하여 설명되는 특정한 특징, 구조 또는 특성이 적어도 하나의 실시예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 "하나의 실시예에서" 또는 "일 실시예에서"의 출현이 모두 동일한 실시예를 지칭할 필요는 없다. 또한, 특정한 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 방식으로 조합될 수 있다.
본 명세서 및 첨부된 청구범위에 사용된 바와 같이, 단수형 "일" 및 "상기"는 문맥상 명백하게 달리 규정하지 않는 한 복수의 지시대상을 포함한다. "또는"이라는 용어는 문맥에서 명확하게 달리 규정하지 않는 한 일반적으로 "및/또는"을 포함하는 의미로 사용된다는 점에 유의해야 한다.
이하의 설명에서는 본 발명의 구조와 작동 방식을 명확하게 나타내기 위하여 많은 방향성 단어를 사용하여 설명하되, "앞", "뒤", "왼쪽", "오른쪽", "외부", "내부", "바깥쪽", "안쪽", "상", "하" 등 단어는 편리한 용어로 이해되어야 하며 제한적인 용어로 이해되어서는 안된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구동 장치(100)를 설명한다. 도 1 내지 도 8을 참조하면, 본 실시예는 구동 장치 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치, 트레이(102), 회전 테이블(103), 수직 이동 장치(104), 자기 부상 중력 보상 장치(105), 수평 방향 구동 장치(106), 브라켓(108), 수평 베이스(1062) 및 수직 베이스(1045)를 포함하는 구동 장치(100)를 개시한다.
웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치는 구동 장치 브라켓(108)에 고정된다. 상기 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치는 외부 로봇 핸드(미도시) 및 트레이(102)와 함께 실리콘 웨이퍼의 이송을 완료한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치는 4 개의 웨이퍼 수취 핸드(101a, 101b, 101c 및 101d)를 포함한다. 상기 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치는 4 개의 웨이퍼 수취 핸드(101a, 101b, 101c 및 101d)를 통해 측정할 실리콘 웨이퍼를 외부 로봇 핸드로부터 수취하여 트레이(102)에 전달하고, 측정 완료된 실리콘 웨이퍼를 트레이(102)로부터 외부 로봇 핸드로 옮긴다.
도 2에 도시된 실시예에서, 트레이(102)는 흡착판(1021) 및 흡착판 베이스(1022)로 구성되어 실리콘 웨이퍼를 고정한다. 상기 실시예에서, 트레이(102)는 진공형 흡착판으로, 원판형 흡착판(1021)에 통기홀을 설치하고 그 하방에 진공 흡착을 통해 실리콘 웨이퍼를 흡착판(1021)에 고정시킨다. 그러나 트레이(102)는 다른 방식으로 실리콘 웨이퍼를 흡착판(1021)에 고정시킬 수도 있는데, 예를 들어 죠(jaw)를 통해 실리콘 웨이퍼의 주변을 클램핑함으로써 실리콘 웨이퍼를 고정시킨다.
도 2에 도시된 바와 같이, 회전 테이블(103)은 트레이(102) 하방에 설치되어 트레이(102)가 중심 축선을 중심으로 회전 운동이 가능하도록 한다. 상기 구동 장치(100)는 회전 모터를 더 포함하고; 상기 회전 모터는 회전 모터 스테이터(1031), 회전 모터 로터(1032)를 포함하며; 상기 회전 테이블(103)은 베어링(1033), 회전 테이블 베이스(1034), 회전 격자 눈금자(1035)를 포함한다.
회전 테이블 베이스(1034)의 구체적인 구조는 도 6 및 도 7을 참조할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 회전 테이블 베이스(1034)는 대략 직육면체 형상, 구체적으로 수평 단면이 대략 정사각형인 직육면체 형상을 이룬다. 그러나 회전 테이블 베이스(1034)의 형상은 상술한 형상에 한정되지 않으며 필요에 따라 임의로 설정될 수 있음을 이해해야 한다. 회전 테이블 베이스(1034)의 상부 표면에는 환형 상부 캐비티(1034a)가 설치되고, 하부 표면에는 하부 캐비티(후술되는 바와 같음)가 설치된다. 회전 테이블 베이스(1034)의 상부 표면에 수직되는 방향에서 상술한 환형 상부 캐비티(1034a)와 하부 캐비티의 투영은 서로 엇갈리므로 상기 환형 상부 캐비티(1034a)와 하부 캐비티가 동일한 수직 높이에 설치될 수 있어 회전 테이블 베이스(1034)의 수직 사이즈가 현저히 감소될 수 있다. 회전 테이블 베이스(1034)의 이러한 구조는 전체 구동 장치의 수직 높이를 효과적으로 감소시킨다.
구체적으로, 상기 환형 상부 캐비티(1034a)의 내주벽 및 외주벽은 원통형으로 이루어진다. 내주벽의 최상부에는 원형면(1034c)이 라운드지게 형성된다. 트레이(102)가 진공 흡착을 통해 실리콘 웨이퍼를 고정하는 경우, 상기 원형면에는 트레이 급기홀(1034b)이 형성된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 회전 테이블 베이스(1034)의 하부 표면에는 하부 캐비티가 설치된다. 하부 캐비티는 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d) 및 수직 보이스 코일 모터 캐비티(1034e)를 포함한다. 구체적으로 상기 실시예에서, 회전 테이블 베이스(1034)의 외주 윤곽과 상술한 환형 상부 캐비티(1034a) 사이의 4 개 코너 위치에는 각각 자기 부상 중력 보상 장치(105)를 수용하기 위한 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d)가 설치된다. 회전 테이블 베이스(1034)의 하부 표면 중앙에는 환형 상부 캐비티(1034a)의 내주벽으로 둘러싸인 영역에 대응되는 위치에 수직 보이스 코일 모터 캐비티(1034e)가 설치된다.
다시 도 2를 참조하면, 회전 모터 스테이터(1031)는 일정한 두께를 갖는 원통형으로 이루어지고, 회전 테이블 베이스(1034)의 환형 상부 캐비티(1034a) 내에 수용 및 고정된다. 회전 테이블 베이스(1034)는 트레이(102)의 하방에 위치하되, 여기서 환형 상부 캐비티(1034a)의 내주벽 최상부로 둘러싸인 원형면(1034c)은 트레이(102)를 탑재한다. 회전 모터 로터(1032) 역시 환형 상부 캐비티(1034a) 내에 수용되고, 또한 회전 모터 스테이터(1031)의 내주 내에 위치한다. 회전 모터 로터(1032)는 흡착판 베이스(1022)에 고정 연결된다. 회전 모터 로터(1032)는 회전 모터 스테이터(1031)에 대해 회전 운동이 가능하여 흡착판 베이스(1022)를 구동하고 나아가 트레이(102)를 회전 운동시키며, 회전 격자 눈금자(1035)는 회전 위치 신호를 제공한다. 여기서, 회전 격자 눈금자(1035)는 상기 회전 테이블 베이스(1034)의 환형 상부 캐비티(1034a)내에 설치되어 있고, 회전 모터 로터(1032)의 하단부에 위치하여 회전 격자 눈금자(1035)의 위치 정보를 읽어 회전 모터 로터(1032)의 회전 위치를 측정하여 트레이(102)의 회전 위치를 측정할 수 있다. 회전 격자 눈금자(1035)를 환형 상부 캐비티(1034a)내에 설치하기 때문에 이동 테이블의 상부 표면에 격자 눈금자를 다시 설치하지 않아도 이동 테이블의 구조를 더욱 치밀하게 할 수 있다. 베어링(1033)은 회전 모터 로터(1032)와 환형 상부 캐비티(1034a) 사이에 설치되어 회전 테이블에 회전 가이드를 제공한다. 본 발명에서, 회전 테이블 베이스(1034)를 더욱 편평하게 할수 있기 때문에 환형 상부 캐비티(1034a)의 높이가 줄어들고, 하나의 베어링(1033)만 설치하여 회전 모터 로터(1032)와 회전 모터 스테이터(1031) 사이의 회전을 구현할 수 있다. 베어링 수량의 감소는 전체 이동 테이블의 구조를 더욱 치밀하게 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 수직 이동 장치(104)는 회전 테이블 베이스(1034) 하부 표면의 수직 보이스 코일 모터 캐비티(1034e) 내에 위치하여 회전 테이블 베이스(1034)를 탑재한다. 상기 실시예에서, 수직 이동 장치(104)는 보이스 코일 모터 로터(1041), 보이스 코일 모터 스테이터(1042), 수직 가이드 레일, 수직 격자 눈금자(1044) 및 수직 베이스(1045)(도 3 참조)를 포함한다. 보이스 코일 모터 스테이터(1042)는 수직 베이스(1045)에 고정되고, 보이스 코일 모터 로터(1041)는 보이스 코일 모터 스테이터(1042)에 씌움 설치되어 보이스 코일 모터 스테이터(1042)에 대해 수직 이동할 수 있으며, 보이스 코일 모터 로터(1041)는 회전 테이블 베이스(1034)에 고정 연결되어 회전 테이블(103)을 수직 운동하도록 구동하고, 수직 격자 눈금자(1044)는 수직 위치 신호를 제공한다. 도시된 실시예에서, 수직 격자 눈금자(1044)는 회전 테이블 베이스(1034)의 주위에 설치되고 또한 수직으로 안착됨으로써 회전 테이블 베이스(1034) 및 탑재된 트레이(102)의 수직 위치를 결정한다.
도 8은 보이스 코일 모터의 구조를 구체적으로 도시한다. 보이스 코일 모터 스테이터(1042)는 원통형 중공 구조이다. 보이스 코일 모터 로터(1041)는 원기둥형으로 이루어지고, 하부 표면에는 중심 관통홀(10411) 및 링 캐비티가 설치되며, 상기 링 캐비티는 보이스 코일 모터 스테이터(1042)의 원통형 벽을 수용하고, 트레이(102)가 진공 흡착형 트레이인 경우, 상기 중심 관통홀(10411)은 진공 파이프라인에 장착 공간을 제공한다. 수직 이동 장치(104)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 대안적으로 유압식 이동 장치와 같은 다른 선형 이동 장치로 설치될 수도 있음을 이해해야 한다.
회전 테이블 베이스(1034)와 수평 베이스(1062) 사이에는 수직 가이드 레일이 설치된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 대략 직육면체 형상으로 이루어지는 회전 테이블 베이스(1034)와 수직 베이스(1045) 사이에는 총 2 개의 수직 가이드 레일(1043a, 1043b)이 각각 설치된다. 각각의 수직 가이드 레일은 회전 테이블 베이스(1034) 및 수직 베이스(1045)에 각각 고정된 가이드 레일 및 슬라이딩 블록을 포함하여 수직 운동에 가이드 기능을 제공함으로써, 회전 테이블 베이스(1034) 및 이에 탑재된 트레이(102)는 수직 베이스(1045)에 대해 수직 운동이 가능하다.
본 실시예에서, 4 세트의 자기 부상 중력 보상 장치(105)는 각각 회전 테이블 베이스(1034)의 4 개 코너 내의 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d) 내에 배치되어 수직 보이스 코일 모터에 중력 보상을 제공함으로써 수직 운동 정밀도를 향상시킨다.
도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 자기 부상 중력 보상 장치(105)는 내부 자기 링 브라켓(1051), 내부 자기 링(1052), 외부 자기 링(1053) 및 외부 자기 링 시트(1054)를 포함한다. 여기서 내부 자기 링 브라켓(1051)은 원기둥형 로드부(1051a) 및 로드부 최상부에 위치한 원판형 헤드부(1051b)를 포함한다. 내부 자기 링(1052)은 내부 자기 링 브라켓(1051)의 원기둥형 로드부(1051a) 외주 표면에 씌움 설치되고, 원판형 헤드부(1051b)는 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d)의 최상부와 접촉하며, 회전 테이블 베이스(1034)를 탑재한다. 외부 자기 링 시트(1054)는 원통형으로 이루어지고, 외부 자기 링(1053)은 외부 자기 링 시트(1054)의 내부 표면 내에 임베이딩된다. 내부 자기 링(1052)과 외부 자기 링(1053) 사이에는 환형 갭이 형성된다. 내부 자기 링(1052)의 자극 방향은 축 방향(Z 방향) 위쪽이고, 외부 자기 링(1053)의 자극 방향은 반경 방향 바깥쪽이다. 그러나 내부 자기 링(1052)의 자극 방향은 축 방향 아래쪽이고 외부 자기 링(1052)의 자극 방향은 반경 방향 안쪽일 수도 있음을 이해해야 한다. 내부 자기 링(1052)과 외부 자기 링(1053) 사이의 자기력을 통해 내부 자기 링 브라켓(1051)을 위로 푸시하여 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d)의 최상면에 상향 인양력을 가함으로써, 상기 인양력이 회전 테이블 베이스(1034) 및 회전 테이블 베이스(1034)에 탑재되는 회전 테이블 모터 및 트레이와 같은 다른 장치의 중력과 대략 동일하다.
에어 부상 중력 보상 장치의 예시는 도면에 도시하지 않았다. 상기 장치는 가압 공기를 사용하여 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d)의 최상면에 상향 인양력을 인가함으로써, 상기 인양력이 회전 테이블 베이스(1034) 및 회전 테이블 베이스(1034)에 탑재되는 회전 테이블 모터 및 트레이와 같은 다른 장치의 중력과 대략 동일하다.
도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 수평 방향 구동 장치(106)는 2 개의 수평가이드 레일(1061a 및 1061b), 수평 베이스(1062), 수평 선형 모터(1063) 및 수평 격자 눈금자(1064)를 포함한다. 수평 선형 모터(1063)의 로터와 스테이터는 각각 수평 베이스(1062) 및 수직 베이스(1045)에 고정되어 수직 베이스(1045)에 수평 방향 운동을 제공한다. 수평 베이스(1062)는 브라켓(108)에 고정 연결된다. 수평 격자 눈금자(1064)는 수평 방향 운동에 수평 위치 신호를 제공한다. 도시된 실시예에서, 수평 격자 눈금자(1064)는 수직 베이스(1045)의 하측에 설치되나, 수직 베이스(1045)의 수평 이동 신호를 획득할 수 있는 한 수평 격자 눈금자(1064)는 임의의 위치에 설치될 수 있음을 이해해야 한다. 수직 베이스(1045)에는 수직 이동 장치(104)의 보이스 코일 모터 스테이터(1042)가 고정되어 회전 테이블(103)을 지지한다. 2 개의 수평 가이드 레일(1061a 및 1061b)은 브라켓(108)의 양측에 고정되고 또한 브라켓(108)과 수평 베이스(1062) 사이에 위치하여 수평 방향 운동을 가이드한다. 수평 가이드 레일(1061a 및 1061b)은 가이드 레일 및 가이드 레일에서 슬라이딩하는 슬라이딩 블록을 포함한다. 가이드 레일 및 슬라이딩 블록은 브라켓(108) 및 수평 베이스(1062)에 각각 설치된다.
상술한 실시예에서, 4개의 자기 부상 중력 보상 장치(105)가 회전 테이블 베이스(1034)의 4 개 코너에 레이아웃되는 경우가 적용되나 도 9에 도시된 실시예에서처럼 삼각형 레이아웃, 바람직하게는 120° 등각 레이아웃을 적용할 수도 있다. 즉, 회전 테이블 베이스(1034)에 자기 부상 중력 보상 장치(105a, 105b, 105c)를 각각 수용하기 위한 3 개의 자기 부상 중력 보상 장치 캐비티(1034d)를 설치한다.
도 10은 본 발명의 다른 변형 실시예를 도시한다. 전술한 2 개의 실시예에서는 보이스 코일 모터 및 자기 부상 중력 보상 장치(105)가 2 개의 분리된 장치인 해결수단을 적용하였는데, 여기서 보이스 코일 모터는 회전 테이블 베이스(1034)의 중심에 배치되어 Z축 방향으로 회전 테이블 및 트레이(102)를 푸시하고, 외주에 배치된 자기 부상 중력 보상 장치(105)(4각형 배치 또는 삼각형 배치)를 통해 보이스 코일 모터에 중력 보상을 제공한다. 반면 본 실시예에서는 보이스 코일 모터 및 자기 부상 중력 보상 장치 형태의 자기 부상 중력 보상 장치(105)가 하나로 통합된 일체형 구조를 적용하여 회전 테이블 베이스(1034)의 중심에 배치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 보이스 코일 모터 스테이터(1042)의 외부 표면에는 내부 자기 링(1052)이 씌움 설치되고, 모터 코일(1055)의 외주에는 외부 자기 링(1053)이 씌움 설치되므로, 보이스 코일 모터 스테이터(1042)는 내부 자기 링 브라켓의 역할을 겸하고, 모터 코일(1055)은 외부 자기 링 브라켓 역할을 겸한다. 따라서 상기 일체형 구조는 내부 자기 링(1052)과 외부 자기 링(1053) 사이의 자기력을 통해 부상력을 발생시키고 보이스 코일 모터의 중력을 보상하는 한편, 코일을 통해 자기장을 절단하여 로렌츠 힘을 발생시켜 Z방향으로 운동하는 회전 테이블 및 트레이(102)에 수직 운동을 위한 구동력을 제공할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 위에서 상세히 설명되었지만, 필요한 경우 실시예의 양태는 다른 실시예를 제공하기 위해 다양한 특허, 출원 및 간행물의 양태, 특징 및 개념을 채택하도록 수정될 수 있음을 이해해야 한다.
상기 상세한 설명을 고려하여, 이러한 변경 및 다른 변경이 실시예에 이루어질 수 있다. 일반적으로, 청구범위에서 사용된 용어는 명세서 및 청구범위에 개시된 특정 실시예를 제한하는 것으로 개시된 구체적인 실시예로 한정되는 것으로 간주되어서는 안되며, 이러한 청구범위에 의해 향유되는 모든 균등물과 함께 가능한 모든 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (5)

  1. 구동 장치로서,
    트레이, 회전 테이블, 회전 모터, 수직 이동 장치 및 자기 부상 중력 보상 장치를 포함하되,
    상기 회전 테이블은 상기 트레이의 하방에 위치하고, 상기 회전 테이블의 상부 표면에는 환형 상부 캐비티가 설치되며, 상기 회전 테이블의 하부 표면에는 하부 캐비티가 설치되되, 상기 회전 테이블의 상부 표면에 수직되는 투영 방향에서 상기 상부 캐비티와 상기 하부 캐비티의 투영은 서로 엇갈리며;
    상기 회전 모터는 상기 환형 상부 캐비티 내에 수용되고, 상기 회전 모터는 회전 모터 로터와 회전 모터 스테이터를 포함하며, 상기 회전 모터 스테이터는 상기 회전 테이블에 대해 고정되고, 상기 회전 모터 로터는 상기 트레이에 대해 고정되며;
    상기 수직 이동 장치는 상기 하부 캐비티 내에 위치하여 상기 회전 테이블을 수직 이동하도록 구동할 수 있도록 구성되고;
    상기 자기 부상 중력 보상 장치는 상기 하부 캐비티 내에 위치하여 상기 회전 테이블에 대해 중력 보상을 수행할 수 있도록 구성되고,
    상기 수직 이동 장치와 상기 자기 부상 중력 보상 장치는 서로 집적되어 상기 하부 캐비티 내에 위치하며,
    상기 수직 이동 장치와 상기 자기 부상 중력 보상 장치가 서로 집적된 구조는,
    외부 표면에 내부 자기 링이 씌움 설치된 보이스 코일 모터 스테이터; 및
    외부 표면에 외부 자기 링이 씌움 설치된 보이스 코일 모터 로터를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동 장치는 공작물을 상기 트레이에 안착하거나 상기 트레이로부터 공작물을 이송하도록 구성된 웨이퍼 로딩 및 언로딩 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수직 이동 장치는 보이스 코일 모터를 포함하고, 상기 보이스 코일 모터는 중공형 구조이며, 상기 트레이는 진공 척 장치인 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 회전 테이블은 회전 격자 눈금자를 포함하며, 상기 회전 격자 눈금자는 상기 환형 상부 캐비티내에 위치하는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 회전 모터 스테이터와 상기 환형 상부 캐비티 내벽 사이에 하나의 베어링만 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 구동 장치.
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