KR20060011766A

KR20060011766A - 갠트리형 ｘｙ 스테이지

Info

Publication number: KR20060011766A
Application number: KR1020040081636A
Authority: KR
Inventors: 이와나가야스시; 미토베가즈히코
Original assignee: 레이저프론트 테크놀로지스 가부시키가이샤
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-10-13
Publication date: 2006-02-03
Also published as: JP2006049384A; TWI242479B; US7239161B2; US20060023206A1; CN1727970A; KR100712025B1; KR200373091Y1; CN100421015C; TW200603928A

Abstract

가대(架臺) 위에 9개의 제진 마운트를 설치하고, 그 위에 석정반을 설치한다. 그리고, 석정반 위에 한 쌍의 가이드 베이스를 설치하고, 그 위에 석정반에 대하여 Y 방향으로 이동 가능하게 CFRP로 이루어지는 한 쌍의 지주를 설치한다. 또한, 한 쌍의 지주 사이에는 CFRP로 이루어지는 빔을 걸쳐 놓는다. 또한, 빔에 대하여 X 방향으로 이동 가능하게 이동 베이스를 설치하고, 이동 베이스에 레이저 광학 유닛을 탑재한다.

석정반, 제진 마운트, 레이저 리페어 장치, 가대, 갠트리

Description

갠트리형 ＸＹ 스테이지{GANTRY TYPE XY STAGE}

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 갠트리형(gantry type) XY 스테이지를 나타내는 사시도.

도 2는 도 1에 나타낸 갠트리형 XY 스테이지의 빔(beam) 및 그 주변을 나타내는 단면도.

도 3의 (a)∼(d)는 도 1에 나타낸 갠트리형 XY 스테이지의 동작을 경시적(經時的)으로 나타내는 측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

1 : 갠트리형 XY 스테이지

2 : 베이스부

3 : 갠트리부

4a, 12 : 지주(支柱)

4b : 빔(beam)

5, 5a, 5b : 제진(除振) 마운트

6 : 석정반(石定盤)

7 : 가이드 베이스

8 : 스테이지면

9, 15 : 직동(直動) 안내 베어링

10, 17 : 리니어 스케일(linear scale)

11, 16 : 리니어 모터 고정자

13, 19 : 리니어 모터 가동자

14 : 빔(beam)

14a : 본체부

14b : 연장 돌출부

18 : 이동 베이스

20 : 레이저 광학 유닛

21 : 셸(shell)

22a, 22b, 22c, 22d : 지지재(支持材)

23 : 배킹(backing)

24, 25, 28 : 구멍

26 : 나사 구멍

29 : 볼트

31 : 방향

32, 36 : 반력

33, 35, 37, 38 : 하강량

34, 39 : 압상량

본 발명은 평면 구조물에 대하여 국소적인 처리를 실시하는 장치에 사용되는 갠트리형(gantry type) XY 스테이지에 관한 것이며, 특히 액정 디스플레이의 레이저 리페어(repair) 장치, 액정 마스크의 레이저 리페어 장치, 태양전지 패널의 패터닝 장치, 액정 디스플레이의 결함 검사 장치, 반도체 디바이스의 결함 검사 장치 등에 사용되는 갠트리형 XY 스테이지에 관한 것이다.

액정 디스플레이의 TFT(Thin Film Transistor) 기판의 제조 결함을 보수하는 레이저 리페어 장치에는, 주요한 구성 유닛으로서, 갠트리형 XY 스테이지가 설치되어 있다. 갠트리형 XY 스테이지는 고정 부분인 베이스부와, 이 베이스부 위에 설치된 가동(可動) 부분인 갠트리부로 구성되어 있다. 베이스부에는 상면이 수평 스테이지면으로 되어 있는 석정반(石定盤)이 설치되어 있다. 또한, 갠트리부에는 석정반 위에 배치되어 일 방향(Y 방향)으로 이동 가능한 한 쌍의 지주(支柱)와, 이 한 쌍의 지주의 상단부(上端部) 사이에 걸쳐진 빔(양재(梁材))이 설치되어 있다. 그리고, 이 빔에 레이저 광학 유닛이 상기 일 방향과 직교하는 방향(X 방향)으로 이동 가능해지도록 탑재되어 있다. 또한, 이러한 기술은 주식회사 시그마 홈페이지(http://www.sigma-fa.co.jp/2_3.html)[2004년 7월 28일 검색]나 스미토모 중기계공업 주식회사 홈페이지(http://www.shi.co.jp/stage/prellys/20030318.htm) [2004년 7월 28일 검색]에 개시되어 있다.

이러한 구성에 의해, 베이스부의 석정반 위에 리페어 대상으로 되는 액정 디 스플레이를 탑재하고, 갠트리부가 레이저 광학 유닛을 이동시켜, 이 유닛을 액정 디스플레이의 결함부 바로 위에 위치시킴으로써, 레이저 광학 유닛이 이 결함부에 대하여 레이저광을 조사하여, 결함부를 수리할 수 있다.

이러한 액정 디스플레이의 레이저 리페어 장치 등에 사용되는 갠트리형 XY 스테이지에는, 오차가 10㎛ 정도인 상당히 높은 형상 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 석정반은 1개의 큰 화강암 등을 정밀하게 가공하여 제조된다. 또한, 갠트리부를 구성하는 지주 및 빔에도 상당히 높은 형상 정밀도가 요구된다. 이 때문에, 종래의 갠트리형 XY 스테이지에서는, 갠트리부의 지주 및 빔은 철 또는 철 합금의 주조품(이하, 총칭하여 철주품이라고 함)을 연마 가공하여 형성되어 있다. 이것은 갠트리부를, 예를 들어, 압연(壓延) 강재(鋼材) 등의 단조품(鍛造品)에 의해 형성하면, 압연 방향의 휨이 불가피하게 발생하게 되어, 충분한 형상 정밀도를 얻을 수 없기 때문이다. 또한, 지주 및 빔을 철주품에 의해 형성하면, 철의 영률(Young modulus)은 206㎬ 정도이며 강성(剛性)이 높기 때문에, 자중(自重)에 의한 휨 및 이동에 따른 비틀어짐 등의 변형을 억제하여, 높은 형상 정밀도를 유지할 수 있다.

그러나, 상술한 종래 기술에는 이하에 나타낸 바와 같은 문제점이 있다. 일반적으로, 액정 디스플레이의 TFT 기판을 제조할 때에는, 1매의 마더글래스(mother-glass)에 복수의 TFT 기판을 동시에 형성하는 다(多)면따기가 실행된다. 그리고, 최근, 액정 디스플레이의 제조 비용을 저감시키기 위해, 1매의 마더글래스에 형성하는 TFT 기판의 수를 증가시키는 경향이 있다. 이 때문에, 마더글래스의 사이즈는 매년 대형화되고 있으며, 이것에 따라, 액정 디스플레이의 레이저 리페어 장치에 사용되는 XY 스테이지도 대형화되고 있다. 이 때문에, 갠트리부의 질량이 증대하고, 또한 그 이동 거리도 길어지고 있다.

그 결과, 갠트리부를 고속(高速)으로 움직이면, 그 이동의 모멘트(moment)에 의해 베이스부의 석정반이 요동(搖動)하고, 그 진동이 갠트리부에 부착된 레이저 가공 유닛에 전달된다. 이것에 의해, 리페어 대상으로 되는 액정 디스플레이를 관찰하는 화상에 요동이 생긴다. 그리고, 이 요동이 수속(收束)될 때까지 리페어 가공을 실시할 수 없기 때문에, 액정 디스플레이 1매당 처리 시간이 길어지게 된다. 또한, 갠트리부를 저속(低速)으로 움직이면, 요동의 발생을 억제할 수 있지만, 역시 액정 디스플레이 1매당 처리 시간이 길어지게 된다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 갠트리부의 이동에 따른 요동이 적은 갠트리형 XY 스테이지를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 갠트리형 XY 스테이지는, 정반(定盤)과, 영률이 200㎬ 이상인 제 1 복합 재료로 이루어지고 상기 정반 위에 상기 정반의 상면에 평행한 제 1 방향으로 서로 이격되어 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 이동 가능하게 설치된 한 쌍의 지주(支柱)와, 영률이 200㎬ 이상인 제 2 복합 재료로 이루어지고 상기 한 쌍의 지주 사이에 걸쳐진 빔(beam)과, 이 빔에 대하여 상기 제 1 방향으로 이동 가능하게 설치된 이동 베이스를 갖는다.

본 발명에서는, 지주 및 빔을 영률이 200㎬ 이상인 복합 재료에 의해 형성하 고 있기 때문에, 지주 및 빔의 강성을 유지한 상태에서, 이들을 경량화(輕量化)할 수 있다. 이것에 의해, 지주 및 빔을 제 2 방향으로 이동시켰을 때에 정반에 인가되는 반력(反力)이 작아, 이 반력에 의한 정반의 요동을 억제하고, 그 결과, 지주 및 빔의 요동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 요동이 수속될 때까지의 정정(整定) 시간을 단축할 수 있는 동시에, 큰 가감속(加減速)에 의해 지주 및 빔을 고속으로 이동시킬 수 있다.

또한, 상기 제 1 및 제 2 복합 재료 중 적어도 한쪽이 탄소 섬유 강화 플라스틱인 것이 바람직하다. 탄소 섬유 강화 플라스틱은 진동 흡수성이 높고, 제진(除振) 효과가 높기 때문에, 지주 및 빔의 요동을 보다 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 상기 빔은 그 상면에 제 1 구멍이 형성된 셸(shell)로 이루어지는 중공체(中空體)이며, 금속 또는 합금으로 이루어지고 상기 빔의 상면에 배치되어 상기 제 1 구멍에 정합하는 위치에 제 2 구멍이 형성되어 상기 이동 베이스의 이동을 안내하는 직동(直動) 안내 베어링과, 금속 또는 합금으로 이루어지고 상기 빔의 내부에서의 상기 셸을 사이에 두어 상기 직동 안내 베어링과 대향하는 위치에 배치되어 상기 제 1 구멍에 정합하는 위치에 제 3 구멍이 형성된 배킹(backing)과, 상기 제 2 구멍, 상기 제 1 구멍 및 상기 제 3 구멍을 통하여 상기 직동 안내 베어링을 상기 빔에 고정시키는 고정 부재를 갖는 것이 바람직하다.

빔을 중공(中空)으로 함으로써, 빔을 구성하는 복합 재료의 사용량을 감소시킬 수 있다. 이것에 의해, 재료 비용을 저감시킬 수 있는 동시에, 빔을 보다 한층 더 경량화할 수 있다. 또한, 금속 또는 합금으로 이루어지는 배킹을 사용하여 직 동 안내 베어링을 빔에 고정시킴으로써, 이 고정 부분이 덜컹거리는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 직동 안내 베어링의 형상 정밀도가 경시적으로 열화(劣化)되는 것을 억제할 수 있다.

이 때, 상기 빔의 내부에 상기 제 2 복합 재료로 이루어지고 수직 방향으로 연장되는 지지재(支持材)가 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이것에 의해, 이 지지재가 빔의 자중에 의한 휨, 지주 및 빔의 이동에 따른 비틀어짐에 대항하기 위해, 셸의 두께를 얇게 할 수 있어, 빔을 보다 한층 더 경량화할 수 있다.

또한, 상기 빔의 상면 및 상기 지주의 하면은 상기 빔을 상기 지주에 접합한 후에 연마 가공된 것인 것이 바람직하다. 이것에 의해, 빔의 상면과 지주의 하면 사이의 거리를 보다 엄밀히 일정하게 할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 갠트리형 XY 스테이지는, 액정 디스플레이의 결함 검사 장치 또는 반도체 디바이스의 결함 검사 장치에 탑재되는 것일 수도 있으며, 또는 상기 이동 베이스에 고정된 레이저 조사 장치를 갖고, 액정 디스플레이의 레이저 리페어 장치, 액정 마스크의 레이저 리페어 장치 또는 태양전지 패널의 패터닝 장치에 탑재되는 것일 수도 있다. 또한, 액정 마스크는 액정 디스플레이의 TFT 기판을 제조할 때의 원판(原版)으로 되는 마스크를 의미한다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 실시예에 따른 갠트리형 XY 스테이지는, 액정 디스플레이의 TFT 기판의 제조 결함을 보수(補修)하는 레이저 리페어 장치에 탑재되는 것이다. 도 1에 나타 낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 갠트리형 XY 스테이지(1)에서는, 고정 부분인 베이스부(2)와, 베이스부(2) 위에 배치된 가동 부분인 갠트리부(3)가 설치되어 있다.

베이스부(2)에서는, 갠트리형 XY 스테이지(1) 전체를 지지하는 가대(架臺)(4)가 설치되어 있다. 가대(4)는 3행 3열로 등간격으로 배치된 9개의 지주(4a)와, 인접하는 지주(4a)끼리를 연결하는 빔(4b)으로 구성되어 있다. 지주(4a) 및 빔(4b)은, 예를 들어, JIS G3466에 기재된 일반 구조용 각형(角型) 강관(鋼管)에 의해 형성되어 있다. 또한, 가대(4)의 각 지주(4a) 위에는 각 1개의 제진(除振) 마운트(5)가 설치되어 있다. 즉, 제진 마운트(5)는 합계 9개 설치되어 있다. 제진 마운트(5)는, 예를 들어, 공기 스프링에 의해 구성되어 있다. 각 제진 마운트(5)에는 기계식 센서(도시 생략)가 설치되어 있어, 그 높이를 자동적으로 패시브 제어하게 되어 있다. 또한, 제진 마운트(5)에 전자식 센서를 설치하여, 그 높이를 액티브 제어하도록 할 수도 있다.

또한, 이 9개의 제진 마운트(5) 위에는, 예를 들어 1개의 화강암으로 이루어지는 석정반(6)이 설치되어 있다. 석정반(6)의 형상은 사각형의 판 형상이며, 그 상면은 평탄하게 되어 있다. 이하, 도 1에 나타낸 바와 같이, 석정반(6)의 상면에 평행한 방향 중 상기 상면에서의 한 쌍의 변이 연장되는 방향을 X 방향으로 하고, 다른 한 쌍의 변이 연장되는 방향을 Y 방향으로 한다. X 방향과 Y 방향은 서로 직교하고 있다. 석정반(6)의 X 방향 길이는, 예를 들어, 3.0m이고, Y 방향 길이는, 예를 들어, 3.5m이다. 그리고, 석정반(6) 상면에서의 Y 방향으로 연장되는 양단부에는 한 쌍의 가이드 베이스(7)가 고정되어 있다. 가이드 베이스(7)는, 예를 들 어, 주철(鑄鐵)로 이루어지며, Y 방향으로 연장되는 기둥 형상의 부재이다. 석정반(6) 상면에서의 가이드 베이스(7) 사이의 영역이 스테이지면(8)으로 되어 있다.

또한, 각 가이드 베이스(7)의 상면에는 Y 방향으로 연장되는 한 쌍의 직동 안내 베어링(9)이 설치되어 있다. 직동 안내 베어링(9)은, 예를 들어, 탄소강(炭素鋼)에 의해 형성되어 있다. 직동 안내 베어링(9)은 갠트리부(3)의 Y 방향 이동을 안내하는 것이다. 또한, 가이드 베이스(7) 상면에서의 직동 안내 베어링(9) 사이의 영역에는 갠트리부(3)의 Y 방향에서의 위치를 검출하는 리니어 스케일(linear scale)(10)이 설치되어 있다. 또한, 가이드 베이스(7)에서의 Y 방향으로 연장되는 측면 중 다른쪽 가이드 베이스(7)와 대향하지 않는 측의 측면에는 리니어 모터 고정자(11)가 부착되어 있다. 리니어 모터 고정자(11)는 Y 방향으로 연장되어 있으며, 위쪽에 개구된 홈이 형성되어 있다. 즉, 리니어 모터 고정자(11)의 Y 방향과 직교하는 단면(斷面)은 コ자 형상으로 되어 있다. 가대(4), 제진 마운트(5), 석정반(6), 가이드 베이스(7), 직동 안내 베어링(9), 리니어 스케일(10) 및 리니어 모터 고정자(11)에 의해 베이스부(2)가 구성되어 있다.

또한, 갠트리부(3)에서는, 영률이 200㎬ 이상인 복합 재료, 예를 들어, CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)로 이루어지는 한 쌍의 지주(12)가 설치되어 있다. CFRP의 영률은 200 내지 600㎬이고, 비중은, 예를 들어, 1.6이다. 그리고, 각 지주(12)의 하부에는 리니어 모터 가동자(13)가 고정되어 있고, 리니어 모터 가동자(13)는 리니어 모터 고정자(11)의 홈 내에 위치하도록 되어 있다. 그리고, 리니어 모터 고정자(11)와 리니어 모터 가동자(13) 사이의 자기적 상호작용에 의해, 갠트리부(3)가 Y 방향으로 이동하게 되어 있다.

또한, 한 쌍의 지주(12) 사이에는 영률이 200㎬ 이상인 복합 재료, 예를 들어, CFRP로 이루어지는 빔(14)이 걸쳐져 있다. 즉, 빔(14)은 X 방향으로 연장되는 대들보 형상의 부재이며, 그 양단부가 한 쌍의 지주(12) 상면에 연결되어 있어, 스테이지면(8)을 타넘고 있다. 빔(14)은 직육면체 형상의 본체부(14a)와, 이 본체부(14a)의 하부로부터 Y 방향으로 연장 돌출된 연장 돌출부(14b)로 구성되어 있다. 이것에 의해, 빔(14)에서의 X 방향과 직교하는 단면의 형상은 L자 형상으로 되어 있다. 또한, 빔(14)의 X 방향 길이는, 예를 들어, 2.8m이다. 그리고, 빔(14)은 지주(12)에 접착제에 의해 접합되어 있으며, 빔(14)의 상면 및 지주(12)의 하면은 빔(14)을 지주(12)에 접합한 후에 연마 가공된 것이다. 이 연마 가공은, 먼저, 대형 연마 장치에 의해 지주(12) 및 빔(14)을 연마하고, 그 후, 측정기에 의해 형상을 측정하면서, 수작업에 의해 다듬질(finishing) 연마를 행하는 것이다.

그리고, 빔(14)의 본체부(14a) 상면에 2개, 연장 돌출부(14b) 상면에 1개, 합계 3개의 직동 안내 베어링(15)이 설치되어 있다. 직동 안내 베어링(15)은, 예를 들어, 탄소강에 의해 형성되어 있으며, X 방향으로 연장되어 있다. 또한, 본체부(14a) 상면에서의 2개의 직동 안내 베어링(15) 사이의 영역에는 X 방향으로 연장되는 리니어 모터 고정자(16)가 설치되어 있다. 리니어 모터 고정자(16)에는 측방(側方)으로 개구된 홈(도 2 참조)이 형성되어 있으며, X 방향과 직교하는 단면 형상이 コ자 형상으로 되어 있다. 또한, 본체부(14a) 측면에서의 연장 돌출부(14b) 위쪽에는 X 방향으로 연장되는 리니어 스케일(17)이 부착되어 있다.

또한, 빔(14)에 대하여 X 방향으로 이동 가능해지도록, 예를 들어, 철제(鐵製) 플레이트로 이루어지는 이동 베이스(18)가 설치되어 있다. 이동 베이스(18)에서의 X 방향과 직교하는 단면 형상은 빔(14)의 위쪽 및 직동 안내 베어링(15)이 설치되어 있는 측의 측방을 덮는 역(逆)L자 형상으로 되어 있다. 또한, 이동 베이스(18)의 X 방향에서의 길이는 빔(14)의 X 방향에서의 길이보다도 짧다. 그리고, 이동 베이스(18) 하면에는 리니어 모터 가동자(19)가 부착되어 있으며, 리니어 모터 고정자(16)의 홈 내에 위치하도록 되어 있다. 이것에 의해, 이동 베이스(18)는 리니어 모터 가동자(19)와 리니어 모터 고정자(16)의 자기적 상호작용에 의해, 직동 안내 베어링(15)을 따라 X 방향으로 이동하게 되어 있다. 그리고, 이동 베이스(18)의 X 방향에서의 위치는 리니어 스케일(17)에 의해 검출되게 되어 있다.

또한, 이동 베이스(18)의 상면 및 빔(14)과 대향하지 않는 측의 측면에는 레이저 광학 유닛(20)이 탑재되어 있다. 레이저 광학 유닛(20)은 이동 베이스(18)의 외측면을 덮는 역L자 형상이며, 스테이지면(8)에 탑재되는 리페어 대상물의 확대 화상을 외부에 대하여 출력하는 동시에, 이 리페어 대상물을 향하여 레이저광을 조사하는 것이다. 지주(12), 리니어 모터 가동자(13), 빔(14), 직동 안내 베어링(15), 리니어 모터 고정자(16), 리니어 스케일(17), 이동 베이스(18), 리니어 모터 가동자(19) 및 레이저 광학 유닛(20)에 의해 갠트리부(3)가 구성되어 있다.

이하, 빔(14)의 구성을 상세하게 설명한다. 도 2는 빔(14)의 길이 방향(X 방향)과 직교하는 단면을 나타내고 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 빔(14)은 중공체이며, 그 외면(外面)을 구성하는 셸(21)이 설치되어 있다. 그리고, 본체부 (14a)와 연장 돌출부(14b)를 서로 구획하도록 수직 방향으로 연장되는 판 형상의 지지재(22a)가 설치되어 있다. 또한, 본체부(14a) 내에는 수직 방향으로 연장되는 2매의 판 형상 지지재(22b, 22c)가 설치되어 있다. 또한, 본체부(14a) 내에는 수직 방향으로 연장되는 2매의 지지재(22b, 22c)와 직교하도록 수평 방향으로 연장되는 1매의 판 형상 지지재(22d)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 본체부(14a)의 내부는 지지재(22b, 22c, 22d)에 의해 6개의 챔버(chamber)로 구획되어 있다. 또한, 연장 돌출부(14b)의 내부는 지지재(22a)에 의해 본체부(14a)로부터 구획된 1개의 챔버로 되어 있다. 즉, 셸(21)의 내부는 판 형상 지지재(22a∼22d)에 의해 7개의 챔버로 구획되어 있다.

또한, 셸(21) 내부에서의 셸(21)의 상면 부분 뒤쪽에는, 셸(21)을 사이에 두어 직동 안내 레일(15)과 대향하는 위치에 각각 배킹(23)이 설치되어 있다. 배킹(23)은 금속 또는 합금, 예를 들어, 탄소강으로 이루어지며, X 방향으로 연장되는 밴드 형상의 판재(板材)이다. 그리고, 직동 안내 레일(15)에는 복수개의 구멍(24)이 X 방향을 따라 일렬로 형성되어 있으며, 빔(14)의 셸(21)의 상면 부분에서의 구멍(24)에 정합하는 위치에는 각각 구멍(25)이 형성되어 있다. 또한, 배킹(23)에서의 구멍(24, 25)에 정합하는 위치에는 나사 구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고, 금속 또는 합금으로 이루어지는 볼트(29)가 설치되어 있으며, 구멍(24, 25)을 통하여 나사 구멍(26)에 나사 결합되어 있다. 이것에 의해, 직동 안내 레일(15)이 빔(14)에 고정되어 있다.

마찬가지로, 셸(21)의 상면 부분 뒤쪽에서의 셸(21)을 사이에 두어 리니어 모터 고정자(16)와 대향하는 위치에도 배킹(23)이 설치되어 있다. 또한, 리니어 모터 고정자(16)에는 X 방향으로 배열된 복수개의 구멍(28)이 형성되어 있고, 셸(21)에서의 구멍(28)에 정합하는 위치에는 구멍(25)이 형성되어 있으며, 배킹(23)에서의 구멍(28, 25)에 정합하는 위치에는 나사 구멍(26)이 형성되어 있다. 그리고, 구멍(28, 25)을 통하여 나사 구멍(26)에 나사 결합하도록 볼트(29)가 설치되어 있다. 이것에 의해, 리니어 모터 고정자(16)가 빔(14)에 고정되어 있다. 또한, 구멍(25)은 금속 또는 합금제의 헬리서트(heli-sert)가 설치된 나사 구멍일 수도 있다.

갠트리형 XY 스테이지(1)는 액정 디스플레이의 리페어 장치에 일체로 구성되어 있다. 이 리페어 장치에는, 리니어 모터 고정자(11) 및 리니어 모터 가동자(13)를 구동시켜 갠트리부(3)를 Y 방향으로 이동시키는 동시에, 리니어 모터 고정자(16) 및 리니어 모터 가동자(19)를 구동시켜 이동 베이스(18)를 빔(14)에 대하여 X 방향으로 이동시키는 이동 제어 장치(도시 생략)가 설치되어 있다. 또한, 이 리페어 장치에는, 레이저 광학 유닛(20)을 구동시켜 리페어 대상물의 화상을 얻는 동시에, 리페어 대상물에 대하여 레이저광을 조사시키는 레이저 제어 장치(도시 생략)가 설치되어 있다. 또한, 레이저 광학 유닛(20)으로부터 출력된 화상을 표시하는 표시 장치(도시 생략)도 설치되어 있다.

다음으로, 상술한 바와 같이 구성된 본 실시예에 따른 갠트리형 XY 스테이지(1)의 동작에 대해서 설명한다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 우선, 리페어의 대상으로 되는 액정 디스플레이의 TFT 기판이 복수개 형성된 마더글래스(도시 생략)를 스 테이지면(8) 위에 탑재 배치한다. 다음으로, 리니어 모터 고정자(11) 및 리니어 모터 가동자(13)를 구동하여 갠트리부(3)를 Y 방향으로 이동시키는 동시에, 리니어 모터 고정자(16) 및 리니어 모터 가동자(19)를 구동하여 이동 베이스(18)를 빔(14)에 대하여 X 방향으로 이동시켜, 레이저 광학 유닛(20)을 TFT 기판의 리페어 부분에 상당하는 위치에 위치시킨다. 다음으로, 레이저 광학 유닛(20)이 이 리페어 부분에 레이저광을 조사하여, 수리를 행한다. 그리고, 이러한 동작을 반복함으로써, 복수 개소의 수리를 행하고, 이 마더글래스에 형성된 TFT 기판 전체의 리페어 부분을 수리한다. 그 후, 이 마더글래스를 스테이지면(8) 위로부터 반출(搬出)하고, 다음 마더글래스를 스테이지면(8) 위에 탑재 배치하여, 수리를 행한다.

이하, 갠트리부(3)를 Y 방향으로 이동시킬 때의 갠트리형 XY 스테이지(1)의 거동을 설명한다. 도 3의 (a)는 갠트리부(3)가 이동을 개시하기 전의 상태를 나타내고 있다. 또한, 도 3의 (a)∼(d)에서는, 도면을 간략화하기 위해, 갠트리부(3) 및 가대(4)를 각각 단순한 사각형에 의해 나타내고 있다. 또한, 갠트리부(3), 가대(4), 제진 마운트(5) 및 석정반(6) 이외의 구성요소는 도시를 생략하고 있다. 도 3의 (a)에 나타낸 바와 같이, 갠트리부(3)가 이동을 개시하기 전에는, 갠트리형 XY 스테이지(1)는 정상 상태에 있고, 석정반(6)의 상면은 제진 마운트(5)에 의해 수평으로 유지되어 있다. 즉, 모든 제진 마운트(5)의 높이가 서로 동일하게 되어 있고, 갠트리부(3)의 이동 개시 측에 위치하는 제진 마운트(5a)의 높이가 이동 종단(終端) 측에 위치하는 제진 마운트(5b)의 높이와 동일하게 되어 있다.

도 3의 (b)는 갠트리부(3)가 이동을 개시하여, 가속(加速)하고 있을 때의 상 태를 나타내고 있다. 도 3의 (b)에 나타낸 바와 같이, 갠트리부(3)가 방향(31)으로 이동을 개시하여 가속하면, 그 반력(32)이 석정반(6)에 인가되고, 이것에 의해 제진 마운트(5a)가 수직 방향으로 압축되어, 석정반(6)이 하강한다. 이 때의 하강량을 하강량(33)으로 한다.

도 3의 (c)는 갠트리부(3)가 감속(減速)하고 있는 상태를 나타내고 있다. 도 3의 (c)에 나타낸 바와 같이, 도 3의 (b)에 나타낸 가속기(加速期)에서 반력(32)을 받아 압축된 제진 마운트(5a)는 도 3의 (c)에 나타낸 감속기(減速期)에는 석정반(6)의 위치를 기준 위치로 되돌리려고 하여, 석정반(6)을 밀어 올린다. 그러나, 이 시점에서는 갠트리부(3)가 제진 마운트(5a) 바로 위의 대역으로부터 이동하고 있어, 제진 마운트(5a)에 인가되는 갠트리부(3)의 하중이 저감되고 있기 때문에, 석정반(6)을 지나치게 밀어 올려 오버슈트(overshoot)하게 된다. 즉, 이 때의 압상량(34)은 하강량(33)보다도 커진다. 그 후, 제진 마운트(5a)가 석정반(6)의 제진 마운트(5a) 측의 단부를 끌어내린다. 이 때의 하강량(35)과 상술한 하강량(33)의 합이 압상량(34)과 동일해진다.

한편, 갠트리부(3)의 이동 종단 측에 위치하는 제진 마운트(5b)에는 서서히 갠트리부(3)의 하중이 인가되어 가게 되지만, 갠트리부(3)의 이동 속도를 고속으로 하면 할수록, 그 하중 변동은 급격해져, 제진 마운트(5b)의 기계식 센서에 의한 제어가 이 하중 변동에 추종할 수 없게 된다. 그 결과, 제진 마운트(5b)는 석정반(6)의 높이를 기준 위치에 유지할 수 없게 되어, 석정반(6)에서의 제진 마운트(5b) 측의 단부가 하강하게 된다. 이 때의 하강량이 도 3의 (c)에 나타낸 하강량(37)이 다. 또한, 갠트리부(3)가 감속을 개시하여 정지하면, 그 반력(36)이 석정반(6)을 통하여 제진 마운트(5b)에 인가되고, 제진 마운트(5b)는 더 압축되어, 석정반(6)의 제진 마운트(5b) 측의 단부가 더 하강한다. 이 하강량을 하강량(38)으로 한다. 그 후, 제진 마운트(5b)가 석정반(6)의 위치를 원래의 기준 위치로 되돌리려고 하여, 석정반(6)을 밀어 올린다. 이 때의 압상량(39)은 상술한 하강량(37 및 38)의 합과 동일해진다.

도 3의 (d)는 갠트리부(3)의 이동이 완료된 상태를 나타내고 있다. 도 3의 (d)에 나타낸 바와 같이, 이 상태에서는 제진 마운트(5)가 석정반(6)의 높이를 기준 위치로 되돌리고 있어, 석정반(6)의 상면은 수평으로 되돌아가고 있다. 즉, 갠트리형 XY 스테이지(1)는 정상 상태로 되돌아가고 있다.

다음으로, 본 실시예의 효과에 대해서 설명한다. 상술한 바와 같이, 갠트리부(3)의 이동에 따라 제진 마운트(5)가 도 3의 (a)∼(d)에 나타낸 바와 같이 동작하기 때문에, 석정반(6)은 갠트리부(3)의 이동 방향(Y 방향)으로 요동하게 된다. 그리고, 이 요동이 지주(12) 및 빔(14)을 통하여 레이저 광학 유닛(20)에 전파되어, 레이저 광학 유닛(20)을 요동시키게 된다. 이 때문에, 상술한 바와 같이, 이 레이저 광학 유닛(20)의 요동이 수속될 때까지 수리를 행할 수 없어, 작업 효율이 저하된다.

이 요동량은 갠트리부(3)의 질량을 Mc, 석정반(6)의 질량을 Ms로 하면, (Mc/Ms)의 값이 작을수록 작아진다. 또한, 갠트리부(3)의 가속 시의 반력(32) 및 감속 시의 반력(36)은 가감속도를 α로 하면, (Mc×α)로 표시되고, 이 값이 작을 수록 석정반(6)의 요동량이 작아진다. 그리고, 요동량이 작을수록 요동이 수속될 때까지의 정정 시간이 짧아진다.

본 실시예에서는, 갠트리부(3)의 지주(12) 및 빔(14)을 CFRP에 의해 형성하고 있기 때문에, 종래의 지주(12) 및 빔(14)을 철주품에 의해 형성한 갠트리형 XY 스테이지와 비교하여 갠트리부(3)가 대폭으로 경량화되고 있다. 즉, 상기 Mc의 값이 작아지고 있다. 이것에 의해, 상기 (Mc/Ms)의 값이 작아져, 석정반(6)의 요동량을 작게 할 수 있다. 그 결과, 석정반으로부터 전파되는 레이저 광학 유닛의 요동에 의한 관찰 화상의 요동을 억제하고, 또한 요동이 수속될 때까지의 정정 시간을 짧게 할 수 있어, 리페어 처리 시간을 단축할 수 있다. 또한, 종래보다도 큰 가감속도에 의해 갠트리부를 이동시킬 수 있기 때문에, 갠트리부를 고속으로 이동시키는 것이 가능해진다. 이것에 의해, 레이저 광학 유닛(20)의 위치 결정 시간이 단축되어, 리페어 작업의 효율화를 도모할 수 있다. 또한, CFRP는 진동 흡수성이 양호하며 제진 효과가 높기 때문에, 석정반의 요동을 보다 효과적으로 정정할 수 있다.

또한, 단순히 갠트리부의 경량화만을 도모할 경우에는, 지주(12) 및 빔(14)을 일반적인 수지 재료에 의해 형성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 지주(12) 및 빔(14)을 일반적인 수지 재료에 의해 형성하면, 이들 부품에 필요한 형상 정밀도를 얻을 수 없다. 레이저 광학 유닛(20)의 위치를 고정밀도로 제어하기 위해서는, 빔(14)의 상면 높이가 엄밀히 일정할 필요가 있어, 그 최대 허용 오차는 10㎛ 정도이다. 그러나, 지주(12) 및 빔(14)을 일반적인 수지, 예를 들어, 아크릴 수지 에 의해 형성하면, 아크릴 수지의 비중은 1.2이기 때문에 철주품보다도 경량이지만, 영률이 3㎬ 정도이기 때문에, 지주(12) 및 빔(14)이 자중 및 레이저 광학 유닛(20) 등의 질량에 의해 휘게 된다. 또한, 갠트리부(3)를 이동시키기 위한 한 쌍의 리니어 모터(리니어 모터 고정자(11) 및 리니어 모터 가동자(13))의 동작에 어긋남이 있으면, 빔(14)이 비틀어지게 된다. 그 결과, 빔(14)의 상면 높이를 일정하게 유지할 수 없게 된다.

이것에 대하여 본 실시예에서는, 지주(12) 및 빔(14)의 형상 정밀도를 철주품과 동등 수준 이상으로 유지하면서, 이들 부품의 경량화를 도모하기 위해, 지주(12) 및 빔(14)을 CFRP에 의해 형성하고 있다. CFRP의 영률은 200 내지 600㎬이며, 충분히 강성이 높기 때문에, 요구되는 형상 정밀도를 충분히 실현할 수 있다. 또한, 지주(12) 및 빔(14)의 재료는 CFRP에 한정되지 않지만, 필요한 형상 정밀도를 얻기 위해서는, 영률이 200㎬ 이상인 재료를 사용할 필요가 있다.

또한, 본 실시예에서는, 갠트리부(3)의 질량을 보다 한층 더 저감시키고, 형상 정밀도를 보다 한층 더 향상시키기 위해, 상술한 바와 같이 지주(12) 및 빔(14)을 영률이 200㎬ 이상인 복합 재료에 의해 형성하는 것 이외에, 몇 가지를 고안하고 있다. 우선, 빔(14)을 중공체로 하고 있다. 이것에 의해, 빔(14)을 보다 한층 더 경량화하는 동시에, 고가(高價)의 CFRP 사용량을 삭감하여, 비용을 저감시키고 있다. 또한, 빔(14)에서의 셸(21) 내부에 판 형상의 지지재(22a∼22d)를 설치하고 있다. 이것에 의해, 빔(14)의 강성을 향상시킬 수 있어, 그만큼 셸(21)을 얇게 할 수 있다. 그 결과, 빔(14)을 더 경량화하고, CFRP의 사용량을 저감시킬 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 4매의 지지재(22a∼22d)에 의해 셸(21) 내부를 7개의 챔버로 구획하는 예를 나타냈지만, 수직 방향으로 연장되는 판 형상 또는 막대 형상의 지지재가 적어도 1개 있으면, 빔(14)의 강성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 셸(21)의 상면 부분 뒤쪽에 배킹(23)을 설치하고, 볼트(27)를 직동 안내 베어링(15)의 구멍(24) 및 셸(21)의 구멍(25)을 통하여 배킹(23)의 나사 구멍(26)에 나사 결합시킴으로써, 직동 안내 베어링(15)을 빔(14)에 고정시키고 있다. 이것에 의해, CFRP제 셸(21)에 나사 구멍을 형성하고, 이 나사 구멍에 금속제 볼트를 직접 나사 결합시키는 경우와 비교하여, 볼트에 의해 나사 구멍이 깎임으로써 볼트가 덜컹거리는 것을 방지하고, 갠트리부(3)의 형상 정밀도가 경시적으로 열화되는 것을 억제할 수 있다. 또한, 구멍(25)을 나사 구멍으로 할 경우는, 이 나사 구멍의 내면에 금속 또는 합금제의 헬리서트를 설치함으로써, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또한, 갠트리부(3)를 제작할 때에는, 우선, 빔(14)을 접착제에 의해 지주(12)에 접합하여 일체화하고, 그 후, 빔(14)의 상면 및 지주(12)의 하면을 연마 가공하고 있다. 이것에 의해, 빔(14)의 상면과 지주(12)의 하면 사이의 거리를 엄밀히 일정하게 할 수 있어, 빔(14)의 상면 높이를 양호한 정밀도로 일치시킬 수 있다. 또한, 이 연마 공정은 대형 연마 장치가 의해 지주(12) 및 빔(14)으로 이루어지는 일체 구성물을 연마 가공하는 공정과, 측정기를 사용하여 형상을 측정하면서 수작업에 의해 다듬질 연마를 행하는 공정을 차례로 실시하고 있다. 이것에 의해, 갠트리부(3)를 상당히 고정밀도로 가공할 수 있다.

이하, 구체적인 수치(數値)를 예로 들어, 본 실시예의 갠트리형 XY 스테이지를 종래의 지주 및 빔이 철주품으로 이루어지는 갠트리형 XY 스테이지와 비교한다. 우선, 철의 비중이 7.9인 것에 대하여, CFRP의 비중은 1.6 정도로서, 철의 약 20%이다. 이 때문에, 철주품에 의해 형성된 지주 및 빔의 합계 질량은 600㎏ 정도인 것에 대하여, CFRP에 의해 형성된 지주 및 빔의 합계 질량은 120㎏ 정도이다. 또한, 석정반(6)의 질량 Ms는, 예를 들어, 10ton이다. 이 때문에, 상기 (Mc/Ms)의 값은 종래의 지주 및 빔에 철주품을 사용한 XY 스테이지에서는 11% 정도인 것에 대하여, 본 실시예의 지주 및 빔에 CFRP를 사용한 XY 스테이지에서는 6% 정도이다. 이것에 의해, 종래의 XY 스테이지에서는, 요동의 크기가 최대, 예를 들어, 5㎜ 정도이고, 리페어 작업을 개시할 수 있을 때까지의 요동의 정정 시간이 최대, 예를 들어, 5초간이었던 것에 대하여, 본 실시예에서는 요동의 크기는 최대, 예를 들어, 2㎜ 정도로 되고, 요동의 정정 시간은 최대, 예를 들어, 2초간으로 되어, 대폭적인 단축이 가능해진다. 또한, 종래의 갠트리형 XY 스테이지에서는, 갠트리부의 이동 속도는 최대 800㎜/초 정도까지만 실현할 수 있지만, 본 실시예에 따른 갠트리형 XY 스테이지에서는 갠트리부의 이동 속도를 1600㎜/초로 하는 것이 가능하다.

또한, 최근의 갠트리형 XY 스테이지의 대형화에 따라, 갠트리부의 질량이 증가하여, 보다 추력(推力)이 큰 리니어 모터가 필요하게 되지만, 본 실시예에 의하면, 갠트리부를 경량화할 수 있기 때문에, 갠트리부를 이동시키는 리니어 모터의 추력을 억제할 수 있고, 갠트리형 XY 스테이지의 비용 증대를 억제할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 석정반(6) 위에 한 쌍의 가이드 베이스(7)를 설치하 는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 가이드 베이스를 설치하지 않고 석정반(6)의 상면에 직접 직동 안내 베어링(9) 및 리니어 스케일(10)을 부착시키고, 또한 석정반(6)의 측면에 직접 리니어 모터 고정자(11)를 부착시킬 수도 있다. 이 경우는, 가이드 베이스(7)의 분만큼 본 실시예보다도 지주(12)의 높이를 높게 할 필요가 있다.

또한, 본 실시예에서는, 베이스부(2) 위에 1세트의 갠트리부(3)를 설치하고, 1세트의 갠트리부(3)에 1개의 이동 베이스(18)를 설치하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 1개의 베이스부 위에 Y 방향으로 이동하는 복수 세트의 갠트리부를 설치할 수도 있고, 또한 1세트의 갠트리부에 X 방향으로 이동하는 복수의 이동 베이스(18)를 설치하여, 각 이동 베이스(18)에 각각 레이저 광학 유닛(20)을 탑재할 수도 있다. 이것에 의해, 복수 개소의 리페어를 동시에 행할 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 갠트리형 XY 스테이지를 액정 디스플레이의 리페어 장치에 일체로 구성하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명에 따른 갠트리형 XY 스테이지는, 대형 평면 구조물에 대하여 어떠한 국소적인 처리를 실시하는 장치에 적합하게 사용할 수 있으며, 예를 들어, 액정 마스크의 레이저 리페어 장치, 태양전지 패널의 패터닝 장치, 액정 디스플레이의 결함 검사 장치, 반도체 디바이스의 결함 검사 장치 등에 일체로 구성할 수도 있다. 또한, 액정 디스플레이 또는 반도체 디바이스 등의 결함 검사 장치에 일체로 구성할 경우는, 레이저 광학 유닛 대신에 현미경 유닛 등을 탑재시킨다.

본 발명에 따른 갠트리형 XY 스테이지는, 대형 평면 구조물에 대하여 어떠한 국소적인 처리를 실시하는 장치, 예를 들어, 액정 디스플레이의 리페어 장치, 액정 마스크의 레이저 리페어 장치, 태양전지 패널의 패터닝 장치, 액정 디스플레이의 결함 검사 장치, 반도체 디바이스의 결함 검사 장치 등에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims

정반(定盤)과,

영률(Young modulus)이 200㎬ 이상인 제 1 복합 재료로 이루어지고 상기 정반 위에 상기 정반의 상면에 평행한 제 1 방향으로 서로 이격되어 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향으로 이동 가능하게 설치된 한 쌍의 지주(支柱)와,

영률이 200㎬ 이상인 제 2 복합 재료로 이루어지고 상기 한 쌍의 지주 사이에 걸쳐진 빔(beam)과,

이 빔에 대하여 상기 제 1 방향으로 이동 가능하게 설치된 이동 베이스를 갖는 갠트리형(gantry type) XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

상기 제 1 및 제 2 복합 재료 중 적어도 한쪽이 탄소 섬유 강화 플라스틱인 갠트리형 XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

상기 빔은 그 상면에 제 1 구멍이 형성된 셸(shell)로 이루어지는 중공체(中空體)이며,

금속 또는 합금으로 이루어지고 상기 빔의 상면에 배치되어 상기 제 1 구멍에 정합(整合)하는 위치에 제 2 구멍이 형성되어 상기 이동 베이스의 이동을 안내 하는 직동(直動) 안내 베어링과,

금속 또는 합금으로 이루어지고 상기 빔의 내부에서의 상기 셸을 사이에 두어 상기 직동 안내 베어링과 대향하는 위치에 배치되어 상기 제 1 구멍에 정합하는 위치에 제 3 구멍이 형성된 배킹(backing)과,

상기 제 2 구멍, 상기 제 1 구멍 및 상기 제 3 구멍을 통하여 상기 직동 안내 베어링을 상기 빔에 고정시키는 고정 부재를 갖는 갠트리형 XY 스테이지.
제 3 항에 있어서,

상기 제 3 구멍은 나사 구멍이고, 상기 고정 부재는 상기 나사 구멍에 나사 결합되는 볼트인 갠트리형 XY 스테이지.
제 3 항에 있어서,

상기 빔의 내부에 상기 제 2 복합 재료로 이루어지고 수직 방향으로 연장되는 지지재(支持材)가 설치되어 있는 갠트리형 XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

상기 빔의 상면 및 상기 지주의 하면은 상기 빔을 상기 지주에 접합한 후에 연마된 것인 갠트리형 XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

액정 디스플레이의 결함 검사 장치에 탑재되는 갠트리형 XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

반도체 디바이스의 결함 검사 장치에 탑재되는 갠트리형 XY 스테이지.
제 1 항에 있어서,

상기 이동 베이스에 고정된 레이저 조사 장치를 갖는 갠트리형 XY 스테이지.
제 9 항에 있어서,

액정 디스플레이의 레이저 리페어 장치에 탑재되는 갠트리형 XY 스테이지.
제 9 항에 있어서,

액정 마스크의 레이저 리페어 장치에 탑재되는 갠트리형 XY 스테이지.
제 9 항에 있어서,

태양전지 패널의 패터닝 장치에 탑재되는 갠트리형 XY 스테이지.