KR20080100015A - 스테이지 장치 - Google Patents

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KR20080100015A
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Abstract

액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)뿐만 아니라 평판 표시 장치(Flat Panel Display: FPD)의 기판을 반송하는 데 사용되는 스테이지(stage) 장치를 제공한다.
스테이지 장치는 기판이 안착되는 스테이지(stage), 스테이지 측면에 구비되어 수평 방향으로 스테이지를 구동시키는 샤프트 리니어모터(shaft linear motor), 샤프트 리니어모터에 의해 스테이지가 이동하도록 가이드하는 한 쌍의 이동 가이드부 및 스테이지의 처짐을 방지하기 위한 한 쌍의 처짐 방지 부재를 포함한다.
스테이지 장치, 대형 기판, 리니어모터, 영구자석, 처짐 방지

Description

스테이지 장치{STAGE APPARATUS}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 배면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 측면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치에 적용되는 샤프트 리니어모터의 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치에 적용되는 샤프트 리니어모터의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
110: 스테이지 112: 기판
120: 샤프트 리니어모터 122: 고정 샤프트
124: 영구자석 122a, 122b, 122c: 전자석들
130: 한 쌍의 이동 가이드부 132: 가이드레일
134: 지지부재 134a: 홈
140: 한 쌍의 처짐 방지 부재 142: 제1 영구자석
144: 제2 영구자석 146: 지지부
본 발명은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: LCD)뿐만 아니라 평판 표시 장치(Flat Panel Display: FPD)의 기판을 반송하는 데 사용되는 스테이지(stage) 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 스테이지 장치는 반도체의 웨이퍼(wafer) 및 액정 표시 패널 등의 정밀 검사를 위한 스캐닝 장치와 반도체 가공기 및 정밀 가공기 등에 사용되는 장치로서, 웨피어와 같은 기판을 지지하여 정밀하게 이송할 수 있는 장치이다.
이러한 스테이지 장치는 주로 기판을 지지하는 스테이지와, 스테이지를 이송하기 위한 구동 유닛을 포함한다.
구동 유닛은 기어를 이용한 랙-피니언(Rack-pinion) 방식, 이송 스크류(screw) 방식, 스윙-암 방식, 리니어모터 방식 등을 이용할 수 있다.
이중 리니어모터 방식을 이용한 스테이지 장치 관련 기술은 한국공개특허공보 공개번호 10-2003-0051770호의 XYZ-축 테이블에 개시되어 있다.
즉, 종래의 XYZ-축 테이블은 스테이지와, 스테이지를 이송하기 위한 구동 유닛으로 X-축/Y-축/Z-축 구동 리니어모터를 포함하고 있다. 그리고, 리니어모터는 전기자와, 전기자에 대해 상대적으로 이동하는 가동요소를 포함한다. 이에 따라, 리니어모터는 가동요소가 전기자에 대해 이동하는 방향으로 스테이지의 단부를 가압함으로써 스테이지를 이송하는 역할을 한다.
이와 같이 구성되는 종래 기술에 따른 스테이지 장치는 최근 디스플레이의 대형화 추세에 따라 대형 기판을 이송하기 위해 스테이지의 사이즈 또한 크게 제작해야 한다.
그런데, 스테이지의 사이즈를 크게 하는 경우, 이송하는 대형 기판을 안정적으로 지지하기 위해서는 스테이지의 두께 또한 증가시켜 견고하게 제작해야 좋다.
그러나, 대형 스테이지 자체가 대형화됨에 함께 중량이 커져, 이를 구동시키는 구동 유닛에도 큰 구동력이 필요하게 되며, 이에 따라 장비의 비용이 증가하게 된다.
또한, 대형 스테이지를 지지하는 하부 가이드에 무거운 중력을 가하게 됨으로써 고가의 하부 가이드가 필요하며, 고가의 하부 가이드를 사용하더라도 스테이지가 이동하게 됨에 따라 마찰이 발생하므로 파티클(particle)에 취약할 수 밖에 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 스테이지의 자중에 의한 처짐을 방지하고, 하부에 가해지는 하중을 줄여 파티클 발생을 저감할 수 있는 스테이지 장치를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 스테이지 장치는, 기판이 안착되는 스테이지(stage)와, 상기 스테이지 측면에 구비되어 수평 방향으로 상기 스테이지를 구동시키는 샤프트 리니어모터(shaft linear motor), 상기 샤프트 리니어모터에 의해 상기 스테이지가 이동하도록 가이드하는 한 쌍의 이동 가이드부, 및 상기 스테이지의 처짐을 방지하기 위한 한 쌍의 처짐 방지 부재를 포함한다.
그리고, 상기 샤프트 리니어모터를 구동하기 위한 구동 드라이버를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 샤프트 리니어모터는 상기 스테이지의 양측면에 두 개로 구비 가능한 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 샤프트 리니어모터는, 상기 스테이지의 측부에 상기 스테이지와 평행하게 배열되고, 서로 다른 극성을 가지는 복수 개의 전자석들이 배열된 고정 샤프트, 및 특정 극성을 가지며 상기 스테이지의 측부와 결합되어 있고 상기 고정 샤프트의 외측면을 감싸듯이 형성된 영구자석을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 복수 개의 전자석들에 특정 극성의 자력을 제공하는 전원공급부를 추가로 포함할 수 있다.
상기 영구자석은 상기 고정 샤프트의 외측 둘레를 따라 일정 거리 이격되게 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 이동 가이드부는 상기 스테이지의 하부 양끝에 각각 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 이동 가이드부는, 상기 스테이지의 수평 방향을 따라 가이드하는 가이드레일, 및 상기 가이드레일에 끼워맞춰지는 홈이 형성되고, 상단이 상기 스테이지의 하부와 결합되어 상기 스테이지가 이동함에 따라 가이드레일에 가이드되는 지지부재를 포함한다.
상기 한 쌍의 처짐 방지 부재는, 상기 스테이지의 하부 중심 영역에 구비되는 것을 특징으로 한다.
상기 한 쌍의 처짐 방지 부재는, 상기 스테이지의 하부에 구비되는 제1 영구자석, 상기 제1 영구자석과 서로 대향되게 구비되고, 상기 제1 영구자석과 동일한 극성을 이루어 상기 제1 영구자석간 반발력이 작용하는 제2 영구자석, 및 상기 제2 영구자석을 지지하는 지지부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석간 반발력의 크기를 제어하여 상기 스테이지의 자중을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석간 반발력의 크기 제어는 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석의 자력 크기를 제어하는 것을 특징으로 한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 배면도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치를 나타낸 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치는 기판이 안착되는 스테이지(stage: 110)와, 스테이지(110)를 이동시키기 위한 구동 유닛으로 스테이지(110)의 측면에 구비되는 샤프트 리니어모터(shaft linear motor: 120), 스테이지(110)의 이동을 가이드하는 한 쌍의 이동 가이드부(130), 스테이지(110)의 처짐을 방지하는 한 쌍의 처짐 방지 부재(140)를 포함한다.
추가로, 샤프트 리니어모터(120)를 구동하기 위한 구동 드라이버(도시하지 않음)를 포함한다.
스테이지(110)는 기판(112)을 안착하여 지지하도록 판 형상으로 마련된다.
이러한 스테이지(110)는 본 발명의 일 실시예로 소정의 두께를 갖는 사각 판 형상으로 마련되나, 사각형 형상에 한정되지 않고 삼각형 등 다른 다각형 형상으로 마련될 수 있으며, 원형이나 타원형 형상으로도 마련될 수 있다.
기판(112)은 액정 표시 장치뿐만 아니라 평판 표시 장치 등을 제작하기 위한 기판이며, 반도체의 웨이퍼(wafer)도 가능하다.
최근 디스플레이의 대형화 추세에 따라 대형 기판도 적용 가능하다.
샤프트 리니어모터(120)는 고정 샤프트(122)의 외측 둘레를 따라 구비된 영구자석(124)이 고정 샤프트(122)를 축으로 하여 이동함으로써, 스테이지(110)를 수평 방향으로 이동시킨다.
이러한 샤프트 리니어모터(120)는 도시된 바와 같이 스테이지(110)의 양 측면에 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 또는, 스테이지(110)의 일 측면에 하나만 구비될 수도 있다.
샤프트 리니어모터(120)에 대한 구조 및 동작 원리는 하기에서 자세히 설명하기로 한다.
구동 드라이버(도시하지 않음)는 각 샤프트 리니어모터(120)를 구동하기 위한 것으로, 샤프트 리니어모터(120)가 스테이지(110)의 측면에 하나만 구비되는 경우에는 최소 1대의 구동 드라이버가 필요하므로 장비를 축소할 수 있다.
한 쌍의 이동 가이드부(130)는 스테이지(110)의 하부 양끝에 각각 구비되어 스테이지(110)의 이동을 가이드하는 역할을 한다.
구체적으로 설명하면, 각 이동 가이드부(130)는 스테이지(110)의 수평 방향으로 즉, 샤프트 리니어모터(120)가 이동하는 방향을 따라 가이드하도록 길게 형성된 가이드레일(132)과, 가이드레일(132)에 끼워맞춰지는 홈(134a)이 형성되고 상단이 스테이지(110)의 하부와 결합되는 지지부재(134)를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 지지부재(134)의 홈(134a)이 하측의 가이드레일(132) 에 끼워지게 설치됨으로써, 스테이지(110)가 이동함에 따라 지지부재(134)가 가이드레일(132)을 따라 슬라이딩하게 된다.
한 쌍의 처짐 방지 부재(140)는 자중에 의한 스테이지(110)의 처짐을 방지하기 위한 것으로 스테이지(110)의 하부에 구비된다.
세부적으로, 한 쌍의 처짐 방지 부재(140)는 스테이지(110)의 하부 중심 영역에 각각 구비됨으로써 중심에서 스테이지(110)가 처지는 현상을 방지한다.
이를 위한 한 쌍의 처짐 방지 부재(140)는 동일한 극성을 갖는 두 개의 자석을 이용하여 두 개의 자석 사이에서 작용하는 반발력에 의해 스테이지(110)의 자중을 줄인다.
즉, 스테이지(110)의 하부에 제1 영구자석(142)이 구비되고, 제1 영구자석(142)과 서로 대향되는 방향에는 제2 영구자석(144)이 마련된다. 그리고, 제2 영구자석(144)은 지지부(146)에 의해 지지된다.
이때, 제1 영구자석(142)과 제2 영구자석(144)은 서로 마주보게 되고, 서로 동일한 극성을 이루어 제1 영구자석(142)과 제2 영구자석(144)간 반발력(즉, 척력)이 작용한다.
이러한 반발력에 의해 스테이지(110)는 지면 또는 제2 영구자석(144)으로부터 일정한 갭(G)을 유지하게 되고, 이에 따라 하중에 의해 스테이지(110)가 처지게 되는 현상을 방지한다.
또한, 제1 영구자석(142)과 제2 영구자석(144) 사이에 작용하는 반발력에 의해 스테이지(110)의 자중을 거의 상쇄시킬 수 있다.
각기 다른 스테이지(110)의 자중은 반발력의 크기를 조절함에 따라 90% 이상 감소시킬 수 있으며, 반발력의 크기는 제1 영구자석(142)과 제2 영구자석(144)의 자력 크기를 제어함으로써 조절할 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 제1 영구자석(142)은 자력의 크기에 따라 두 개로 면적을 넓게 하여 구비될 수 있다.
이와 같이, 스테이지(110)의 자중을 감소시키면 하부의 이동 가이드부(130)에 가해지는 하중을 거의 상쇄시키게 됨으로써 이동 가이드부(130)와의 면접촉을 줄여 파티클(particle)을 저감할 수 있다.
이로써, 대형 기판을 이송하는 경우에도 큰 무리없이 적용이 가능하다.
또한, 저가의 이동 가이드부(130)를 적용할 수 있어 원가를 절감할 수 있다.
이하, 샤프트 리니어모터(120)의 구조 및 동작 원리에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치에 적용되는 샤프트 리니어모터의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 스테이지 장치에 적용되는 샤프트 리니어모터의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 1과 연계하여 설명하면, 샤프트 리니어모터(120)는 기본적으로 고정 샤프트(122)와 영구자석(124)를 포함하며, 고정 샤프트(122)에 특정 극성의 자력을 제공하는 전원공급부(도5의 P)를 추가로 포함할 수 있다.
고정 샤프트(122)는 스테이지(110)의 측부에 스테이지(110)와 평행하게 고정되며, 서로 다른 극성을 갖는 복수 개의 전자석들(122a, 122b, 122c)이 배열된다. 복수 개의 전자석들(122a, 122b, 122c)은 전원공급부(도5의 P)와 연결된다.
이러한 고정 샤프트(122)는 스테이지(110)의 측부와 일정 거리 이격된다.
그리고, 복수 개의 전자석들(122a, 122b, 122c)은 일방향으로 N극-S극-N극-S극 순서와 같이 N극과 S극이 교번적으로 배열되거나, 또는 N극-N극-S극-S극 순서와 같이 동일한 극성을 갖는 전자석이 2개 또는 그 이상씩 그룹화되어, N극 그룹과 S극 그룹이 교번적으로 배열되기도 한다.
영구자석(124)은 스테이지(110)의 측부와 결합되어 있으며, 고정 샤프트(122)의 외측면을 감싸듯이 형성된다.
단, 영구자석(124)은 고정 샤프트(122)의 외측면에 접촉되지 않고 고정 샤프트(122)의 외측 둘레를 따라 일정 거리 이격되게 구비된다.
따라서, 영구자석(124)과 고정 샤프트(122)가 가지고 있는 극성에 의해 추력을 발생하여 영구자석(124)이 수평 방향으로 이동하도록 한다.
예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같이 영구자석(124)이 특정 극성으로 N극을 가지고, 고정 샤프트(122)는 서로 다른 극성을 갖는 전자석들(122a, 122b, 122c)이 N극-S극-N극-S극 과 같이 교번적으로 배열된다고 가정하자.
이러한 고정 샤프트(122)의 전자석들(122a, 122b, 122c)에는 특정 극성의 자력을 제공하는 전원공급부(P)가 각각 연결되거나, 또는 같은 극성을 갖는 전자석들(122a, 122c)끼리 그룹화하여 전원공급부(P)와 연결될 수 있다.
이를 참조하여 본 발명의 실시예에 의한 작용을 설명하면, N극성을 가지는 영구자석(124)은 고정 샤프트(122)의 N극성을 가지는 전자석(122a, 122c)간 척력에 의해 서로 밀어내는 반발력이 작용하게 되며, 이와 동시에 S극성을 가지는 전자 석(122b)과는 인력에 의해 서로 당기는 힘이 작용하게 된다. 따라서, 결과적으로 영구자석(124)은 N극성을 가지는 전자석에서 S극성을 가지는 전자석으로 수평 이송하게 된다.
이에 따라, 스테이지(110)가 화살표 방향으로 수평 이송하게 된다.
위와 같은 방법으로 영구자석(124)이 N극성을 가지는 전자석에서 S극성을 가지는 전자석으로 수평 이송하면, S극성을 가지는 전자석은 N극성을 갖도록 제어하고, 그 우측에 위치하는 전자석은 S극성을 갖도록 제어함으로써 영구자석(124)이 계속 수평 방향을 향한 화살표 방향으로 수평 이송시킬 수 있는 것이다. 이때, 지나친 이전 전자석에는 극성을 갖지 않도록 전원을 차단하거나 또는 영구자석(124)과 동일한 극성인 N극성을 갖도록 제어하는 것이 좋다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 이상에서 기술한 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이므로, 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 하며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 따른 스테이지 장치는 스테이지의 자중에 의한 처짐을 방지하고, 하부에 가해지는 하중을 줄여 파티클 발생을 저감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 영구자석에 의해 자중을 상쇄시키는 원리를 이용함으로써 대형 기판을 이송하는 경우에도 무리없이 적용이 가능하며, 저가의 이동 가이드부를 적용할 수 있어 원가를 절감할 수 있다.

Claims (12)

  1. 기판이 안착되는 스테이지(stage);
    상기 스테이지 측면에 구비되어 수평 방향으로 상기 스테이지를 구동시키는 샤프트 리니어모터(shaft linear motor);
    상기 샤프트 리니어모터에 의해 상기 스테이지가 이동하도록 가이드하는 한 쌍의 이동 가이드부; 및
    상기 스테이지의 처짐을 방지하기 위한 한 쌍의 처짐 방지 부재
    를 포함하는 스테이지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 리니어모터는 상기 스테이지의 양측면에 두 개로 구비 가능한 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 리니어모터는,
    상기 스테이지의 측부에 상기 스테이지와 평행하게 배열되고, 서로 다른 극성을 가지는 복수 개의 전자석들이 배열된 고정 샤프트; 및
    특정 극성을 가지며, 상기 스테이지의 측부와 결합되어 있고 상기 고정 샤프트의 외측면을 감싸듯이 형성된 영구자석
    을 포함하는 스테이지 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 영구자석은 상기 고정 샤프트의 외측 둘레를 따라 일정 거리 이격되게 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 전자석들에 특정 극성의 자력을 제공하는 전원공급부를 추가로 포함하는 스테이지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이동 가이드부는 상기 스테이지의 하부 양끝에 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 이동 가이드부는,
    상기 스테이지의 수평 방향을 따라 가이드하는 가이드레일; 및
    상기 가이드레일에 끼워맞춰지는 홈이 형성되고, 상단이 상기 스테이지의 하부와 결합되어 상기 스테이지가 이동함에 따라 가이드레일에 가이드되는 지지부재
    를 포함하는 스테이지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 처짐 방지 부재는,
    상기 스테이지의 하부 중심 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 처짐 방지 부재는,
    상기 스테이지의 하부에 구비되는 제1 영구자석;
    상기 제1 영구자석과 서로 대향되게 구비되고, 상기 제1 영구자석과 동일한 극성을 이루어 상기 제1 영구자석간 반발력이 작용하는 제2 영구자석; 및
    상기 제2 영구자석을 지지하는 지지부
    를 포함하는 스테이지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석간 반발력의 크기를 제어하여 상기 스테이지의 자중을 조절하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석간 반발력의 크기 제어는 상기 제1 영구자석과 상기 제2 영구자석의 자력 크기를 제어하는 것을 특징으로 하는 스테이지 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 샤프트 리니어모터를 구동하기 위한 구동 드라이버를 추가로 포함하는 스테이지 장치.
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