KR20140011512A - 정밀 이송 스테이지 유니트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 기계 장비에 구비되는 정밀 이송 스테이지 유니트로서, 기계 장비에 장착되어 위치 고정되는 스테이지 베이스부와, 상기 스테이지 베이스부에 상대 가동 가능하게 연결되는 스테이지 무빙부와, 상기 스테이지 무빙부를 구동시키는 스테이지 구동부를 구비하고, 상기 스테이지 무빙부는: 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 가동 가능하도록 상기 스테이지 베이스부에 형성되는 베이스 관통구의 내측에 연결되는 플레인 무빙 블록과, 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 대하여 상기 플레인 무빙 블록과 상대 이동되지 않도록 상기 플레인 무빙 블록의 일면 상에 장착되고, 일면 상에 배치되는 시편이 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 수직 가동 가능하게 형성되는 버티컬 무빙 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트를 제공한다.
Description
본 발명은 기계 장비에 장착되어 시편 등을 이동시켜 시편의 측정 내지 가공을 가능하게 하는 스테이지 유니트에 관한 것이다.
시편 이송 스테이지는 기계 장비 등에 구비되어 측정 또는 가공 대상물인 시편을 탑재하여 원하는 장소로 정확히 이송하는 장치를 말한다.
특히, 최근 반도체 및 바이오 산업 등과 같은 고정밀 이송을 요하는 공정의 수요가 증대됨에 따라 나노수준의 정밀도를 갖는 시편이송 스테이지에 대한 연구 및 생산이 활발하게 이루어지고 있다. 이러한 시편을 이송시키기 위한 스테이지의 구동력은 압전 구동기(PZT)와 VCM(Voice Coil Motor)과 같은 구동기가 사용된다. 가 많이 사용된다.
한국 공개 특허 공보 10-2004-0075665에는 압전구동기를 사용한 정밀 스테이지로 X,Y,Z방향의 3자유도 직선운동이 개시되는데, 이러한 구조는 X축 스테이지위에 Y축 스테이지, 그리고 그 위에 Z축 스테이지가 올라감으로써 X축의 스테이지가 감당해야하는 이송무게가 커져 응답속도가 느려진다는 단점을 수반하고, 압전구동기로 인한 절대적 변위 제약을 해소하기 위하여 모션 증폭구조가 필수적으로 수반되며, 이로 인해 스테이지의 구동 구조가 복잡해지며 열변형 및 가공 오차에 의한 스테이지 성능 저하 가능성이 높아진다는 문제점이 수반된다.
또한, 다른 종래 기술에 따르면 단순히 VCM을 사용하여 모션 증폭 구조를 배제한 스테이지 구동 구조를 구비하나, 종래 기술에 따른 VCM을 이용한 스테이지는 시편 등으로 인하여 수반되는 중력을 보상하여 시편을 안정적으로 지지하기 위하여 VCM에 지속적인 전원 인가 상태를 이루어 에너지 손실 및 불필요한 열 발생으로 인한 열변형에 의한 위치 오차 발생 등의 문제점이 수반되었다.
따라서, 본 발명은 이송 구조의 부하를 경감시켜 신속하면서도 정확한 시편의 위치 이동을 확보하고, 안정적인 유지 구조를 통한 지속적인 전원 공급 문제를 해소하고, 증폭 구조를 배제하는 보이스 코일을 이용한 절대적인 이송 변위 확보와 더불어 안정적인 위치 이송을 가능하게 하는 정밀 이송 스테이지 유니트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 기계 장비에 구비되는 정밀 이송 스테이지 유니트로서, 기계 장비에 장착되어 위치 고정되는 스테이지 베이스부와, 상기 스테이지 베이스부에 상대 가동 가능하게 연결되는 스테이지 무빙부와, 상기 스테이지 무빙부를 구동시키는 스테이지 구동부를 구비하고, 상기 스테이지 무빙부는: 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 가동 가능하도록 상기 스테이지 베이스부에 형성되는 베이스 관통구의 내측에 연결되는 플레인 무빙 블록과, 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 대하여 상기 플레인 무빙 블록과 상대 이동되지 않도록 상기 플레인 무빙 블록의 일면 상에 장착되고, 일면 상에 배치되는 시편이 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 수직 가동 가능하게 형성되는 버티컬 무빙 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트를 제공한다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 플레인 무빙 블록은: 상기 베이스 관통구에 배치되는 플레인 무빙 블록 바디와, 일단은 상기 플레인 무빙 블록 바디의 외측면에, 그리고 타단은 상기 베이스 관통구의 내측면에 연결되는 플레인 무빙 블록 브릿지를 구비할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 플레인 무빙 블록 브릿지는 크랩 레그 타입일 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 버티컬 무빙 블록은: 기 스테이지 베이스부의 일면에 평행한 평면 상에서 볼 때, 상기 플레인 무빙 블록의 상부에 배치되고 일면에 시편이 안착되는 버티컬 무빙 블록 바디와, 상기 버티컬 무빙 블록 바디의 양단에 배치되고, 상기 플레인 무빙 블록의 일면에 위치 고정되어 배치되는 버티컬 무빙 블록 장착부를 구비할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 스테이지 베이스부의 일면에 수직한 평면 상에서 볼 때, 상기 버티컬 무빙 블록은 상기 스테이지 베이스부의 일면에 수직한 방향으로 유연한 가동을 가능하도록 복수 층 구조를 형성할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 스테이지 구동부는 보이스 코일 구조일 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 스테이지 구동부는: 상기 스테이지 무빙부의 외측과 연결되고, 상기 스테이지 무빙부를 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 가동시키는 플레인 구동부와, 상기 스테이지 무빙부의 하면과 연결되고, 상기 스테이지 무빙부를 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 수직하게 가동시키는 버티컬 구동부를 포함할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 플레인 구동부는: 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 제 1 축 방향으로 상기 스테이지 무빙부를 가동 가능하게 상기 스테이지 무빙부 및 상기 스테이지 베이스부에 배치되는 제 1 축 구동부와, 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 상기 제 1 축 방향에 수직한 제 2 축 방향으로 상기 스테이지 무빙부를 가동 가능하게 상기 스테이지 무빙부 및 상기 스테이지 베이스부에 배치되는 제 2 축 구동부를 구비할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 제 1 축 구동부는: 일단이 상기 스테이지 무빙부에 연결되고, 외주에 외부로부터의 전기적 신호를 입력받는 제 1 축 구동 코일이 권취되는 제 1 축 구동 코일부와, 상기 스테이지 베이스부에 대하여 위치 고정되어 배치되는 제 1 축 구동 마그넷을 구비하고, 상기 제 2 축 구동부는: 일단이 상기 스테이지 무빙부에 연결되고, 외주에 외부로부터의 전기적 신호를 입력받는 제 2 축 구동 코일이 권취되는 제 2 축 구동 코일부와, 상기 스테이지 베이스부에 대하여 위치 고정되어 배치되는 제 2 축 구동 마그넷을 구비할 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 제 1 축 구동부 및 상기 제 2 축 구동부는, 각각 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축에 교차되는 측면에 하나 이상이 배치될 수도 있다.
상기 정밀 이송 스테이지 유니트에 있어서, 상기 버티컬 구동부는: 상기 버티컬 무빙 블록의 하면에 고정 배치되고 외주에 전기적 신호의 입력이 이루어지는 버티컬 구동 코일이 권취되는 링 타입의 버티컬 구동 코일부와, 상기 스테이지 베이스부에 위치 고정되어 배치되는 버티컬 구동 내부 요크와, 상기 버티컬 구동 내부 요크보다 큰 반경을 구비하되 상기 버티컬 구동 내부 요크와 동심 배치되어 상기 버티컬 구동 코일부의 가동을 허용하는 상기 버티컬 구동 외부 요크와, 상기 버티컬 구동 외부 요크에 배치되고 상기 버티컬 구동 코일부와 이격 배치되는 버티컬 구동 마그넷을 구비할 수도 있다.
상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는 다음과 같은 효과를 갖는다.
첫째, 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는, 스테이지 베이스부에 연결되는 스테이지 무빙부의 플레인 무빙 블록과, 플레인 무빙 블록에 연결되되 플레인 무빙부와는 X-Y 평면 상에서의 상대 운동이 제한되는 버티컬 무빙 블록을 통하여 X-Y 평면 상에서의 병진 운동 및 회전 운동과, Z축 상에서의 병진(수직) 운동을 가능하게하여 보다 안정적인 시편 이송을 가능하게 한다.
둘째, 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는, 스테이지 구동부의 적어도 일부의 구성을 스테이지 베이스부에 장착하여 병렬 장착 구조를 형성함으로써, 스테이지 무빙부에 스테이지 구동부의 부하 부분을 저감시켜 시편이 장착되는 스테이지 무빙부의 보다 정밀하고 신속한 이송 운동을 가능하게 할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는, 플레인 무빙 블록 브릿지 및/또는 버티컬 무빙 블록 장착부의 유연 구조를 통하여 시편이 장착되는 스테이지 무빙부의 중력 보상을 통하여 시편의 보다 빠른 위치 이송 응답성을 확보하고, 이송 정밀성을 증진시킬 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는, 크랩 구조 타입의 플레인 무빙 블록 브릿지를 통하여 X-Y 평면 상에서의 병진 운동 및 회전 운동을 이루되 플레인 무빙 블록의 Z축 방향 가동을 방지하여 이송 안정성을 확보할 수도 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트는, 비접촉 방식의 구동력을 제공하는 스테이지 구동부를 통하여 구성 요소 간의 접촉으로 인하여 발생하는 마찰로 인한 이송 오차를 배제하여 고 정밀 이송 기능을 보다 용이하게 구현할 수도 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 일부 구성에 대한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 구동부의 개략적인 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 구동부의 개략적인 부분 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 무빙 블록의 개략적인 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 무빙 블록의 개략적인 저면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 구동부의 개략적인 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 구동부의 개략적인 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 무빙 블록 및 스테이지 베이스 바디의 개략적인 부분 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 개략적인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 일부 구성에 대한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 구동부의 개략적인 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 구동부의 개략적인 부분 측면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 무빙 블록의 개략적인 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 무빙 블록의 개략적인 저면 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 구동부의 개략적인 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 버티컬 구동부의 개략적인 부분 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트의 플레인 무빙 블록 및 스테이지 베이스 바디의 개략적인 부분 평면도이다.
이하에서는 정밀 이송 스테이지 유니트에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 정밀 이송 스테이지 유니트(10)는 스테이지 베이스부(100)와, 스테이지 무빙부(200)와, 스테이지 구동부(300)를 포함하는데, 정밀 이송 스테이지 유니트(10)는 기계 장비(미도시)에 위치 고정되어 배치되고, 정밀 이송 스테이지 유니트(10)의 일면 상에 시편 내지 대상체(미도시; 이하, 시편)이 배치되어 정밀 이송 스테이지 유니트(10)의 소정의 동작을 통하여 시편의 가공 내지 측정을 실행할 수 있다.
정밀 이송 스테이지 유니트(10)의 스테이지 무빙부(200)와 스테이지 구동부(300)는 스테이지 베이스부(100)에 배치 내지 장착된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 정밀 이송 스테이지 유니트(10)의 소정의 동작을 통하여 정밀 이송 스테이지 유니트(10)에 안착되는 시편은 X-Y 축이 이루는 평면 상에서 그리고 Z축이 이루는 수직축 상에서의 독립적인 미세 이동 동작을 이룰 수 있다.
스테이지 베이스(100)는 스테이지 베이스 바디(110)와 스테이지 베이스 플레이트(120)를 포함하는데, 스테이지 베이스 바디(110)의 하부에 스테이지 베이스 플레이트(120)가 배치되고, 스테이지 베이스 바디(110)와 스테이지 베이스 플레이트(120)는 서로 체결되어 상대 운동 방지하도록 연결되는 구조를 취할 수도 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 스테이지 베이스 바디(110)는 사각 프레임 구조를 이루는데, 이는 본 발명의 일실시예로서 스테이지 베이스 바디(110)의 형상이 이에 국한되는 것은 아니다.
스테이지 베이스 바디(110)의 중앙에는 베이스 관통구(111)가 형성되어 하기되는 스테이지 구동부(300)의 버티컬 구동부(340)의 관통 배치를 가능하게 한다. 베이스 관통구(111)의 내측면에는 하나 이상의 베이스 플레인 구동 수용부(113)가 배치되는데, 베이스 플레인 구동 수용부(113)에는 하기되는 스테이지 구동부(300)의 플레인 구동부(310;320,330)의 적어도 일부가 수용 배치된다.
스테이지 베이스 플레이트(120)는 스테이지 베이스 바디(110)의 하부에 배치되는데, 스테이지 베이스 플레이트(120)는 스테이지 베이스 바디(110)와 일체로 형성될 수도 있으나, 하기되는 스테이지 구동부(300)의 버티컬 구동부(340)를 장착하기 위하여 분리 가능한 구조를 취하는 것이 바람직하다.
스테이지 베이스 플레이트(120)는 기계 장비(미도시)에 위치 고정되어 장착되어, 스테이지 베이스 유니트(10)의 기계 장비에 대한 상대 운동을 방지한다.
스테이지 무빙부(200)는 스테이지 베이스부(100)에 상대 가동 가능하게 여녈되는데, 스테이지 무빙부(200)는 하기되는 스테이지 구동부(300)에 의하여 구동력을 전달받아 소정의 미세 이동 동작을 이룬다.
스테이지 무빙부(200)는 플레인 무빙 블록(210)과 버티컬 무빙 블록(220)을 포함하는데, 플레인 무빙 블록(210)은 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면, 즉 도 1에서 X축을 제 1 축, Y축을 제 2 축, Z축을 수직축인 제 3축이라 할 때, 제 1 축 및 제 2 축이 이루는 평면인 X-Y 평면 내지 이에 평행한 평면 상에서 가동 가능하도록 스테이지 베이스부(100)에 형성되는 베이스 관통구(111)의 내측에 연결된다.
또한, 버티컬 무빙 블록(220)은 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면, 즉 X-Y 평면(이의 평행한 평면을 포함)에 대하여 적어도 일부분이 플레인 무빙 블록(210)과 상대 이동되지 않도록 플레인 무빙 블록의 일면 상에 장착된다. 또한, 버티컬 무빙 블록(220)의 일면 상에는 시편이 배치 가능한데, 버티컬 무빙 블록(220)은 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면인 X-Y 평면에 수직한 방향으로 수직 가동 가능하여 이의 일면에 배치되는 시편도 함게 수직 가동 가능한 구조를 형성한다.
보다 상세하게, 플레인 무빙 블록(210)은 플레인 무빙 블록 바디(211)와 플레인 무빙 블록 브릿지(213)를 포함한다. 플레인 무빙 블록 바디(211)는 스테이지 베이스 바디(110)의 베이스 관통구(111)에 수용 배치되고, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)는 플레인 무빙 블록 바디(211)와 스테이지 베이스 바디(110)를 연결한다. 즉, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)의 일단은 플레인 무빙 블록 바디(211)의 외측면에 연결되고, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)의 타단은 스테이지 베이스 바디(110)에 의하여 구획되는 베이스 관통구(111)의 내측면에 연결되어, 플레인 무빙 블록 바디9211)는 플레인 무빙 블록 브릿지(213)에 의하여 베이스 관통구(111)의 내측면에 연결되는 구조를 취한다. 본 실시예에서, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)는 플레인 무빙 블록 바디(211)의 네 측면에 모두 연결되는 구조를 취한다.
본 실시예에 따른 플레인 무빙 블록 브릿지(213)는 크랩 레그 타입일 수 있는데, 도 10에 도시된 바와 같이, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)는 연장 형성되어 플레인 무빙 블록 바디(211)의 모서리를 감싸는 구조를 형성할 수 있다. 플레인 무빙 블록 브릿지(213)의 일단(213a)는 플레인 무빙 블록 바디(211)의 오른쪽 측면과 연결되고, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)는 연장 형성되어 플레인 무빙 블록 바디(211)의 오른쪽 모서리를 둘러싸며 연장되며, 플레인 무빙 블록 브릿지(213)의 타단은 플레인 무빙 블록 바디(211)의 도 10의 도면상 윗쪽에 마주하는 베이스 관통구(111)의 내측면과 연결되는 크랩 레그 구조를 형성한다. 이와 같은 크랩 레그 타입의 플레인 무빙 블록(210)의 플레인 무빙 블록 브릿지(213)를 통하여 플레인 무빙 블록 바디(211)는 베이스 관통구(111)의 내부에 안정적으로 수용 배치 가능하고, 플레인 무빙 블록 바디(211)로 하여금 X-Y 평면 상에서 안정적인 가동을 이루고 Z축 상에서 가동을 제한할 수 있다.
버티컬 무빙 블록(220)은 이의 일면 상에 시편이 배치 가능하고, 버티컬 무빙 블록(220)은 플레인 무빙 블록(210)의 일면 상에 안정적으로 위치 고정 배치되어, 버티컬 무빙 블록(220)의 X-Y 평면 상에서의 가동이 제한된다. 버티컬 무빙 블록(220)은 버티컬 무빙 블록 바디(221)와 버티컬 무빙 블록 장착부(223)를 포함하는데, 버티컬 무빙 블록 바디(221)는 스테이지 베이스부(100)의 일면에 평행한 평면, 즉 X-Y평면(내지 이와 평행한 평면 포함) 상에서 볼 때, 플레인 무빙 블록(210)의 상부, 보다 구체적으로 플레인 무빙 블록 바디(211)의 상부에 배치되는데, 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 일면 상에는 시편이 배치될 수 있다.
버티컬 무빙 블록 바디(221)는 버티컬 무빙 블록 장착부(213)에 연결되는데, 본 실시예에서 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 양측에 배치되는 버티컬 무빙 블록 장착부(223) 및 버티컬 무빙 블록 바디(221)는 서로 연결되어 X-Y 평면 상에서 볼 때, "I"자 형상을 이룰 수 있다. 버티컬 무빙 블록 장착부(223)은 볼트 등의 체결 수단을 통하여 플레인 무빙 블록 바디(211)의 일면 상에 위치 고정되어 장착된다. 도 7에 버티컬 무빙 블록(220)의 저면 사시도가 도시되는데, 버티컬 무빙 블록 장착부(223)의 하부에는 버티컬 무빙 블록 장착 접촉부(225)가 형성되고 버티컬 무빙 블록 장착 접촉부(225)가 플레인 무빙 블록 바디(210)와 접촉 연결된다.
버티컬 무빙 블록(220)은 스테이지 베이스부(100)의 일면에 수직한 평면 상에서 볼 때, 복수 층 구조를 형성하고 버티컬 무빙 블록 바디(221)는 플레인 무빙 블록 바디(211)로부터 최대 이격 배치되는 구조를 취한다. 즉, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 버티컬 무빙 블록(220)의 버티컬 무빙 블록 바디(221)가 연결되는 버티컬 무빙 블록 장착부(223)는 복수 층으로 형성되는데, 버티컬 무빙 블록 장착부(223)는 탑 장착부(223a), 미디엄 장착부(223b) 및 바텀 장착부(223c)를 포함하고, 플레인 무빙 블록 바디의 일면과 직접 접촉하여 연결되는 베이스 장착부(223d)를 더 포함할 수 있다. 탑 장착부(223a), 미디엄 장착부(223b) 및 바텀 장착부(223c)의 두께는 이들과 연결 가능하고 시편이 배치되는 버티컬 무빙 블록 바디의 유연한 수직 방향 가동을 가능하도록 하는 두께를 형성하여 리프 스프링과 같은 역할을 담당하는 것이 바람직한데, 이들 두께는 각각의 장착부를 형성하는 재료에 따라 변동될 수 있다.
본 실시예에서 버티컬 무빙 블록 바디(221)는 탑 장착부(223a) 및/또는 미디엄 장착부(223b)와 연결되어 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 시편이 장착되는 최상면이 탑 장착부(223a)와 동일 평면 상에 배치되고 버티컬 무빙 블록 바디(211)의 시편이 장착되는 면이 플레인 무빙 블록(210)의 일면으로부터 최대 이격 배치되는 구조를 형성한다. 이와 같은 복수 층 구조의 버티컬 무빙 블록 장착부(223)로 인하여 보다 유연한 구조가 형성되어 버티컬 무빙 블록 바디(211)의 수직 가동이 가능해진다. 즉, 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 일면 상에 배치되는 시편은 버티컬 무빙 블록 바디(221)와 함께 Z축 방향으로의 수직 가동이 가능하게 되고, 버티컬 무빙 블록(220)이 위치 고정되는 플레인 무빙 블록(210)의 X-Y 평면 상에서의 이동을 통하여 평면 가동을 이루어, 궁극적으로 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 일면 상에 배치되는 시편은 3차원 공간에서의 미세 가동이 이루어질 수 있다. 본 실시예에서 버티컬 무빙 블록, 보다 구체적으로 버티컬 무빙 블록 장착부는 3층 중첩 구조를 형성하였으나, 층 수가 이에 국한되는 것은 아니고 시편이 장착되는 버티컬 무빙 블록 바디와 플레인 무빙 블록 바디를 연결하는 리프 스프링 타입의 유연 구조를 형성하여 버티컬 무빙 블록 바디의 하면을 통하여 버티컬 구동부로부터 전달되는 수직 가동력이 버티컬 무빙 블록 장착부에 의하여 차단되어 플레인 무빙 블록 바디의 수직 가동을 방지하는 구조를 형성하는 등, 복수 층 구조를 통하여 버티컬 무빙 블록 바디의 유연한 수직 방향 가동을 가능하게 하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다. 이와 같은 버티컬 무빙 블록의 유연 기구 구조를 통하여 최종적으로 시편이 배치되는 버티컬 무빙 블록 바디만이 유연하게 이동하여, 하기되는 버티컬 구동부에 의하여 형성되는 Z축인 수직 방향의 힘이 형성되는 경우에도 X-Y 평면 상에서 이동하는 플레인 무빙 블록(210)의 Z축 방향 이동이 방지될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 스테이지 구동부(300)는 적어도 일부가 스테이지 베이스에 장착되어 스테이지 무빙부(200)에 배치되는 시편의 미세 이동을 가능하게 하는데, 본 실시예에 따른 스테이지 구동부(300)는 보이스 코일 구조를 포함한다. 보이스 코일 구조의 스테이지 구동부(300)를 통하여 시편이 장착되는 버티컬 무빙 블록(220) 및 버티컬 무빙 블록(220)이 장착되는 플레인 무빙 블록(210)의 미세 이동을 가능하게 할 수 있다.
스테이지 구동부(300)는 플레인 구동부(310;320,330) 및 버티컬 구동부(340)를 포함하는데, 플레인 구동부(310;320,330)는 스테이지 무빙부(200)의 외측과 연결되고, 스테이지 무빙부(200)를 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면 상에서 가동시키고, 버티컬 구동부(340)는 스테이지 무빙부(200)의 하면과 연결되고, 스테이지 무빙부(200)를 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면에 수직하게 가동시킨다.
플레인 구동부(310;320,330)는 제 1 축 구동부(320)와 제 2 축 구동부(330)를 포함하는데, 제 1 축 구동부(320)는 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면 상에서 제 1 축 방향, 즉 X 축 방향으로 스테이지 무빙부(200)를 가동 가능하게 하고, 스테이지 무빙부(200) 및 스테이지 베이스부(100)에 배치되고, 제 2 축 구동부(330)는 스테이지 베이스부(100)의 일면이 이루는 평면 상에서 제 1 축 방향, 즉 X 축 방향에 수직한 제 2 축 방향, 즉 Y 축 방향으로 스테이지 무빙부(200)를 가동 가능하게 하고, 스테이지 무빙부(200) 및 스테이지 베이스부(100)에 배치된다.
제 1 축 구동부(320)는 제 1 축 구동 코일부(321)와 제 1 축 구동 마그넷(323)를 구비하고, 제 2 축 구동부(330)는 제 2 축 구동 코일부(331)와 제 2 축 구동 마그넷(333)를 구비한다. 제 1 축 구동 코일부(321) 및 제 2 축 구동 코일부(331)에는 제 1 축 구동 코일(321a) 및 제 2 축 구동 코일(331a)이 각각 권취되고 외부 전기 장치로부터의 전기적 신호의 입력인 전류의 인가가 인가될 수 있다. 제 1 축 구동 코일부(321) 및 제 2 축 구동 코일부(331)의 단부에는 제 1 축 구동 연결부(327) 및 제 2 축 구동 연결부(337)가 연결 배치되는데, 제 1 축 구동 연결부(327) 및 제 2 축 구동 연결부(337)를 통하여 제 1 축 구동 코일부(321) 및 제 2 축 구동 코일부(331)는 스테이지 무빙부(200)의 플레인 무빙 블록(221)의 외주에 각각 연결 장착되고, 플레인 무빙 블록(221)의 외주면에 장착되는 제 1 축 구동 코일부(321) 및 제 2 축 구동 코일부(331)는 X-Y 평면 상에서 베이스 관통구(111)에 형성되는 베이스 플레인 구동 수용부(113)에 수용 배치된다. 베이스 플레인 구동 수용부(113)와 중첩되는 위치로 스테이지 베이스 바디(110)의 상면 및/또는 하면에는 제 1 축 구동 장착부(325) 및 제 2 축 구동 장착부(335)가 배치되고, 제 1 축 구동 장착부(325)/ 제 2 축 구동 장착부(335)와 제 1 축 구동 코일부(321)/제 2 축 구동 코일부(331) 사이에는 제 1 축 구동 마그넷(323)/ 제 2 축 구동 마그넷(333)이 배치된다. 제 1 축 구동 마그넷(323)/ 제 2 축 구동 마그넷(333)는 각각 제 1 축 구동 장착부(325)/ 제 2 축 구동 장착부(335)에 부착되어 제 1 축 구동 코일부(321) 및 제 2 축 구동 코일부(331)로부터 이격 배치된다.
따라서, 소정의 제어 신호에 따라 제 1 축 구동 코일부(321) 및/또는 제 2 축 구동 코일부(331)에 각각 전기적 신호가 인가되는 경우, 제 1 축 구동 코일부(321) 및/또는 제 2 축 구동 코일부(331)에 인가되는 전기적 신호인 전류 및/또는 제 1 축 구동 마그넷(323) 및/또는 제 2 축 구동 마그넷(333)의 자기장과의 상호 작용에 의하여 플레밍의 왼손 법칙에 따른 자기장 및 전류의 수직 방향으로의 소정의 힘이 발생하고 제 1 축 구동 마그넷(323) 및/또는 제 2 축 구동 마그넷(333)은 제 1 축 구동 장착부(325) 및/또는 제 2 축 구동 장착부(335)에 의하여 고정 장착된바 제 1 축 구동 코일부(321) 및/또는 제 2 축 구동 코일부(331)에 외력이 전달된다. 제 1 축 구동 코일부(321) 및/또는 제 2 축 구동 코일부(331)는 제 1 축 구동 연결부(327) 및/또는 제 2 축 구동 연결부(337)을 통하여 플레인 무빙 블록 바디(211)와 연결되고, 플레인 무빙 블록 바디(211)는 플레인 무빙 블록 브릿지(213)를 통하여 스테이지 베이스 바디(110)와 연결되는데, X-Y 평면 상에서의 소정의 미세 이동을 이룰 수 있다.
이와 같은 제 1 축 구동부(320) 및 제 2 축 구동부(330)는 각각 단수 개가 형성될 수도 있으나, 본 실시예에서의 제 1 축 구동부(320) 및 제 2 축 구동부(330)는 스테이지 무빙부(200)의 플레인 무빙 블록 바디(211)의 제 1 축인 X축 및 제 2 축인 Y축과 교차하는 측면에 복수 개가 배치되어 보다 안정적인 가동을 이룰 수도 있고, 또한, 동일 축선 상에 배치되는 복수 개의 제 1 축 내지 제 2축 구동부에 배치되는 각각의 구동부에 상이한 전기적 신호를 인가하여 X-Y 평면 상에서의 소정의 회동 운동을 이룰 수도 있는 등 다양한 변형이 가능하다.
즉, 도 3에 도시된 바와 같이 제 1 축 구동부(320)에 있어 X축인 제 1 축 상 플레인 무빙 블록 바디(211)의 우측에 배치되는 제 1 축 구동부는 제 1 축의 + 방향으로 그리고 제 1 축 상 플레인 무빙 블록 바디(211)의 좌측에 배치되는 제 1 축 구동부는 제 1 축의 -방향으로의 힘을 형성하고, 제 2 축 구동부(330)에 있어 Y축인 제 2 축 상 플레인 무빙 블록 바디(211)의 상단(도면상)에 배치되는 제 2 축 구동부는 제 1 축의 + 방향으로 그리고 제 1 축 상 플레인 무빙 블록 바디(211)의 하단(도면상)에 배치되는 제 2 축 구동부는 제 2 축의 -방향으로의 힘을 형성하도록 설정할 수 있다. 이와 같은 각각의 축 방향에 배치되는 제 1 축 구동부 및 제 2 축 구동부가 복수 개가 배치되어 소정의 축 방향으로의 힘을 개별 조정할 수도 있고, 힘의 차이에 의하여 Z축을 중심으로하는 소정의 회동 운동을 형성할 수도 있다. 이와 같은 제 1 축 구동부 및 제 2 축 구동부는 각각의 마그넷의 뒷면에 요크를 사용하거나 또는 마그넷의 배열을 할바흐 마그넷 배열을 사용하여 힘을 강화하는 구조를 이룰 수도 있다.
한편, 버티컬 구동부(340)는 버티컬 구동 코일부(341)와 버티컬 구동 내부 요크(347)와 버티컬 구동 외부 요크(343) 및 버티컬 구동 마그넷(345)를 포함한다. 버티컬 구동 코일부(341)는 외주에 버티컬 구동 코일(341a)이 권취되어 외부 전기 장치로부터 입력되는 전기적 신호의 전달이 가능하다. 버티컬 구동 코일부(341)는 버티컬 무빙 블록(220)의 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 하면에 위치 고정되어 장착된다.
버티컬 구동 내부 요크(347) 및 버티컬 구동 외부 요크(343)는 스테이지 베이스부(100)의 스테이지 베이스 플레이트(120)의 일면 상에 위치 고정되어 동심 배치되는 구조를 취할 수도 있다. 버티컬 구동 내부 요크(347)와 버티컬 구동 외부 요크(343)는 상이한 반경을 구비하며, 동심 배치되고 버티컬 구동 외부 요크(343)의 내측에 버티컬 구동 내부 요크(347)가 배치되는 구조를 취하며, 버티컬 구동 외부 요크(343)와 버티컬 구동 내부 요크(347)의 사이에 버티컬 구동 코일부(341)가 가동 가능한 구조를 형성한다. 버티컬 구동 외부 요크(343)는 이중 링 타입 구조를 형성하는데, 버티컬 구동 외부 요크 베이스(343a)는 스테이지 베이스 플레이트(120)에 고정 장착되고, 버티컬 구동 외부 요크 탑(343b)은 버티컬 구동 외부 요크 베이스(343a)의 상부에 배치되되 버티컬 구동 외부 요크 베이스(343a)와의 사이에 버티컬 구동 마그넷(345)이 배치되는 구조를 취할 수 있다.
이와 같은 구조를 통하여 제어부(미도시)와 같은 외부 전기 장치로부터 소정의 전기적 신호가 입력되는 경우 버티컬 구동 코일부(341)에 전기적 신호로서의 전류가 인가되고, 버티컬 구동 마그넷(345)의 자기장과의 상호 작용을 통하여 버티컬 구동 코일부(341)에 자기장 및 전류에 수직하는 방향으로의 소정의 힘이 작용하여 이와 연결되는 버티컬 무빙 블록(220)의 버티컬 무빙 블록 바디(221)는 Z축 방향으로의 소정의 수직 미세 가동을 이룰 수 있다.
한편, 본 실시예에서 버티컬 구동 코일부(341)를 포함하는 버티컬 구동부(340)는 원통형 구조를 취하는 것으로 도시되나 본 발명의 버티컬 구동 코일부(341)는 이에 국한되지 않고 사각 기동 또는 제 1 축 구동부 내지 제 2 축 구동부와 같은 U자 형 코일 구조를 취할 수도 있는 등 일부 구성요소는 스테이지 베이스부(100)에 장착되고 나머지는 버티컬 무빙 블록 바디(221)에 연결되어 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 수직 운동, 궁극적으로 버티컬 무빙 블록 바디(221)의 일면 상에 배치되는 시편의 수직 운동을 가능하게 하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
상기와 같은 실시예의 정밀 이송 스테이지 유니트에 구비되는 플레인 무빙 블록의 플레인 무빙 블록 브릿지의 유연 구조 및, 복수 층을 형성하고 시편이 배치되는 버티컬 무비 블록 바디(221)가 연결되는 버티컬 무빙 블록 장착부의 유연 구조를 통하여, 버티컬 무빙 블록 바디의 일면 상에 배치되는 시편은 플레인 무빙 블록의 X-Y 평면 상에서의 평면 운동 및 X-Y 평면 상에서의 회전 운동과, 수직 방향 가동이 방지되는 플레인 무빙 블록에 장착되는 버티컬 무빙 블록에서의 Z축 방향 운동의 4자유도를 이루는 미세 이동을 형성할 수 있다.
또한, 버티컬 무빙 블록 바디는 유연 구조로서의 버티컬 무빙 블록 장착부를 통하여 플레인 무빙 블록에, 그리고 플레인 무빙 블록 바디는 유연 구조로서의 플레인 무빙 블록 브릿지를 통하여 스테이지 베이스 바디에 직렬 연결되는 구조를 취하되, 플레인 구동부 및 버티컬 구동부는 적어도 일부가 스테이지 베이스부(100)에 배치되는 구조를 통하여 플레인 무빙 블록 내지 버티컬 무빙 블록에 가중되는 하중 부하를 저감 내지 최소화시켜 보다 신속하고 정확한 미세 이동을 형성하여 시편의 측정 내지 가공 공정 상에서의 빠른 응답성을 확보할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서 버티컬 무빙 블록, 보다 구체적으로 버티컬 무빙 블록 바디 및 이와 연결되는 버티컬 무빙 블록 장착부는 유연 구조로서 형성되는 범위에서, 절삭 내지 사출 등의 가공 공정을 통하여 일체형 바디로 형성될 수도 있고, 소정의 유연 구조 기능을 수행하는 범위에서 조립 구조를 형성할 수도 있는 등 설계 사양에 따라 다양한 구성이 가능하다.
상기 실시예들은 본 발명을 설명하기 위한 일예들로, 본 발명이 이에 국한되지 않고 다양한 변형이 가능하고, 플레인 무빙 블록이 X-Y 평면 상에서의 미세 이동을 이루고, 플레인 무빙 블록이 스테이지 베이스부에 연결되어 안정적인 평면 상 가동을 이루도록 하고, 플레인 무빙 블록에 배치되는 버티컬 무빙 블록이 Z축 수직 가동을 가능하게 하는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
10...정밀 이송 스테이지 유니트 100...스테이지 베이스
110...스테이지 베이스 바디 120...스테이지 베이스 플레이트
200...스테이지 무빙부 210...플레인 무빙 블록
220...버티컬 무빙 블록 300...스테이지 구동부
310...플레인 구동부 340...버티컬 구동부
110...스테이지 베이스 바디 120...스테이지 베이스 플레이트
200...스테이지 무빙부 210...플레인 무빙 블록
220...버티컬 무빙 블록 300...스테이지 구동부
310...플레인 구동부 340...버티컬 구동부
Claims (11)
- 기계 장비에 구비되는 정밀 이송 스테이지 유니트로서,
기계 장비에 장착되어 위치 고정되는 스테이지 베이스부와,
상기 스테이지 베이스부에 상대 가동 가능하게 연결되는 스테이지 무빙부와,
상기 스테이지 무빙부를 구동시키는 스테이지 구동부를 구비하고,
상기 스테이지 무빙부는:
상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 가동 가능하도록 상기 스테이지 베이스부에 형성되는 베이스 관통구의 내측에 연결되는 플레인 무빙 블록과,
상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 대하여 상기 플레인 무빙 블록과 상대 이동되지 않도록 상기 플레인 무빙 블록의 일면 상에 장착되고, 일면 상에 배치되는 시편이 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 수직 가동 가능하게 형성되는 버티컬 무빙 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 1항에 있어서,
상기 플레인 무빙 블록은:
상기 베이스 관통구에 배치되는 플레인 무빙 블록 바디와,
일단은 상기 플레인 무빙 블록 바디의 외측면에, 그리고 타단은 상기 베이스 관통구의 내측면에 연결되는 플레인 무빙 블록 브릿지를 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 2항에 있어서,
상기 플레인 무빙 블록 브릿지는 크랩 레그 타입인 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 1항에 있어서,
상기 버티컬 무빙 블록은:
상기 스테이지 베이스부의 일면에 평행한 평면 상에서 볼 때,
상기 플레인 무빙 블록의 상부에 배치되고 일면에 시편이 안착되는 버티컬 무빙 블록 바디와,
상기 버티컬 무빙 블록 바디의 양단에 배치되고, 상기 플레인 무빙 블록의 일면에 위치 고정되어 배치되는 버티컬 무빙 블록 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 4항에 있어서,
상기 스테이지 베이스부의 일면에 수직한 평면 상에서 볼 때,
상기 버티컬 무빙 블록은 상기 스테이지 베이스부의 일면에 수직한 방향으로 유연한 가동을 가능하도록 복수 층 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 1항에 있어서,
상기 스테이지 구동부는 보이스 코일 구조인 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 6항에 있어서,
상기 스테이지 구동부는:
상기 스테이지 무빙부의 외측과 연결되고, 상기 스테이지 무빙부를 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 가동시키는 플레인 구동부와,
상기 스테이지 무빙부의 하면과 연결되고, 상기 스테이지 무빙부를 상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면에 수직하게 가동시키는 버티컬 구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 7항에 있어서,
상기 플레인 구동부는:
상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 제 1 축 방향으로 상기 스테이지 무빙부를 가동 가능하게 상기 스테이지 무빙부 및 상기 스테이지 베이스부에 배치되는 제 1 축 구동부와,
상기 스테이지 베이스부의 일면이 이루는 평면 상에서 상기 제 1 축 방향에 수직한 제 2 축 방향으로 상기 스테이지 무빙부를 가동 가능하게 상기 스테이지 무빙부 및 상기 스테이지 베이스부에 배치되는 제 2 축 구동부를 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 8항에 있어서,
상기 제 1 축 구동부는:
일단이 상기 스테이지 무빙부에 연결되고, 외주에 외부로부터의 전기적 신호를 입력받는 제 1 축 구동 코일이 권취되는 제 1 축 구동 코일부와,
상기 스테이지 베이스부에 대하여 위치 고정되어 배치되는 제 1 축 구동 마그넷을 구비하고,
상기 제 2 축 구동부는:
일단이 상기 스테이지 무빙부에 연결되고, 외주에 외부로부터의 전기적 신호를 입력받는 제 2 축 구동 코일이 권취되는 제 2 축 구동 코일부와,
상기 스테이지 베이스부에 대하여 위치 고정되어 배치되는 제 2 축 구동 마그넷을 구비하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 9항에 있어서,
상기 제 1 축 구동부 및 상기 제 2 축 구동부는, 각각 상기 제 1 축 및 상기 제 2 축에 교차되는 측면에 하나 이상이 배치되는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트. - 제 7항에 있어서,
상기 버티컬 구동부는:
상기 버티컬 무빙 블록의 하면에 고정 배치되고 외주에 전기적 신호의 입력이 이루어지는 버티컬 구동 코일이 권취되는 링 타입의 버티컬 구동 코일부와,
상기 스테이지 베이스부에 위치 고정되어 배치되는 버티컬 구동 내부 요크와,
상기 버티컬 구동 내부 요크보다 큰 반경을 구비하되 상기 버티컬 구동 내부 요크와 동심 배치되어 상기 버티컬 구동 코일부의 가동을 허용하는 상기 버티컬 구동 외부 요크와,
상기 버티컬 구동 외부 요크에 배치되고 상기 버티컬 구동 코일부와 이격 배치되는 버티컬 구동 마그넷을 구비하는 것을 특징으로 하는 정밀 이송 스테이지 유니트.
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