KR20200113866A - 정밀구동 틸트스테이지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정밀구동 틸트스테이지에 관한 것으로서, 상부스테이지(10); 하부스테이지(20); 및 상기 상부스테이지(10)와 하부스테이지(20) 사이에 배치되어 상기 상부스테이지(10)를 스윙동작시키는 이동수단(30);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 정밀구동 틸트스테이지에 의하면, 작동이 간단하면서도 장시간 사용에 마모로 인한 백레쉬가 발생하지 않고, 또한 무한반복 사용에도 유격이 발생하지 않아 광학현미경이나 전자현미경의 위치조정과 초점결정의 미크론 단위 이송에 적합한 효과가 있다.

Description

정밀구동 틸트스테이지{A Precise driving Tilt Stage}

본 발명은 정밀구동 틸트스테이지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작동이 간단하면서도 장시간 사용시 마모로 인한 백레쉬가 발생하지 않음으로써, 광학현미경이나 전자현미경의 위치조정과 초점결정의 미크론 단위 이송에 적합한 정밀구동 틸트스테이지에 관한 것이다.

일반적으로, 정밀구동 스테이지는 리드 프레임이나 마스크, 반도체 회로 등의 반도체 부품뿐만 아니라, 광학기기, 전기/전자기기, 각종 기계요소에 대해 틸팅각이나 이동위치를 정밀하게 미세 조정하여 위치 결정을 제어하는 장치이다.

특히 반도체의 고집적화 및 기기들의 소형화에 따라 관련되는 리드 프레임이나 마스크, 회로 또는 부품들이 점차 미세화되어 피검사체를 고배율로 확대하여 검사하는 현미경이 널리 사용되고 있는데, 현미경의 고배율화에 따라 한번에 검사할 수 있는 시야가 보다 좁아짐에 따라 피검사체를 현미경의 초점에 맞추어서 자유롭게 이동시킬 필요가 있다. 또한 피검사체는 매우 얇거나 미세한 패턴이 형성되어 있어 쉽게 손상될 수 있으므로 피검사체를 캐리어 플레이트위에 적재시키고 이 캐리어 플레이트를 정밀구동 스테이지 위에 올려 놓은 다음 노브를 조작하여 피검사체를 원하는 위치로 정밀하게 이동시키고 있다.

이와 같이, 정밀구동 스테이지는 기구적 마찰에 의한 위치 오차를 최소화하고 미소한 위치이동을 가능하도록 하며, 주위의 환경변화에 관계없이 고정밀의 위치제어를 가능하게 해야 한다.

통상, 정밀구동 스테이지는 하부 스테이지 몸체와, 상부 스테이지 몸체, 하부 스테이지 몸체를 상부 스테이지몸체 상에서 직선방향으로 이동시키기 위한 마이크로 미터로 구성되며, 스테이지의 면접촉에 따른 마모를 최대한 방지하여 수명을 연장하기 위해 크로스 롤러 가이드가 각각 구비되어 교차방향으로 슬라이딩 이동할때 롤러의 구름동작에 의해 정밀한 위치이동을 가능하게 하며, 스테이지 몸체의 마모가 발생하지 않게 한다.

그러나, 틸트 스테이지는 도 1에 도시된 종래기술과 같이 가공성이 좋은 황동으로 만든 웜과 웜기어 방식으로 제작되나, 기어가 서로 맞물려 회전하기 때문에 장시간 사용시 기어의 이 마모로 인한 백레쉬가 발생하여 정밀도가 저감되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-0718917호

본 발명은 이와 같은 종래 틸트스테이지의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 작동이 간단하면서도 장시간 사용에 마모로 인한 백레쉬가 발생하지 않음으로써, 광학현미경이나 전자현미경의 위치조정과 초점결정의 미크론 단위 이송에 적합한 정밀구동 틸트스테이지를 제공하는데 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지는,

상부스테이지(10);

하부스테이지(20); 및

상기 상부스테이지(10)와 하부스테이지(20) 사이에 배치되어 상기 상부스테이지(10)를 스윙동작시키는 이동수단(30);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 상부스테이지(10)는,

양측면은 하방으로 90도 각도 굴곡되어 형성되며, 양측면의 하부는 소정 곡률을 갖는 둥근 형상이며, 상기 양측면의 각 내측면에는 양측면의 하부와 곡률이 동일한 호형상의 제1 크로스 롤러 가이드(11)가 고정결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 상부스테이지(10)는,

중앙위치에 소정크기의 관통홀이 형성되고, 양측면에 수직한 방향으로 봉(34)이 결합하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 하부스테이지(20)는,

상기 상부스테이지(10)의 양측면에 대응하는 테두리쪽은 상기 상부스테이지(10)의 양측면의 둥근 하부와 곡률이 동일한 오목한 형상을 가지며, 양측 테두리에서 내측으로 상기 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 맞물려 크로스 이동하는 호형상의 제2 크로스 롤러 가이드(21)가 고정결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 상기 하부스테이지(20)의 제2 크로스 롤러 가이드(21)의 서로 마주보는 부위에는 V자홈이 각각 형성되며,

이들 V자홈이 이루는 마름모꼴 홈에는 롤러(R)가 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 이동수단(30)은,

스크류축(31);

상기 스크류축(31)에 결합하여 전후진 직선운동하는 너트(32);

상기 너트(32) 상부에 고정결합하며 스크류축(31)과 직각을 이루는 봉가이드(33);

상기 봉가이드(33)에 길이를 따라 형성되되, 수직단면이 상하방향으로 장방형인 가이드이동홈(33a); 및

상기 가이드이동홈(33a)에 끼워지고 양 단부가 상기 상부스테이지(10)에 고정결합되는 봉(34);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 스크류축(31)과 상기 너트(32) 사이에는 볼을 구비하여, 상기 스크류축(31)의 회동 방향에 따라 전진 또는 후진이동하는 너트(32)와의 사이에 마찰을 저감시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 봉(34)은, 상기 상부스테이지(10)가 수평위치일때는 상기 가이드이동홈(33a)의 하부에 위치하고, 상기 스크류축(31)의 회동에 따라 전후진 직선운동하는 너트(32)에 따라 상기 가이드이동홈(33a)의 장방형의 하부에서 점차적으로 상방향으로 이동하여, 상기 상부스테이지(10)가 봉(34)을 기준으로 회전하는 스윙동작을 하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서,

상기 가이드이동홈(33a)의 내부벽면과 상기 봉(34)의 외부면은 열처리하여 마찰에 의한 마모를 방지한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 정밀구동 틸트스테이지에 의하면, 작동이 간단하면서도 장시간 사용에 마모로 인한 백레쉬가 발생하지 않는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 정밀구동 틸트스테이지는 무한반복 사용에도 유격이 발생하지 않아 광학현미경이나 전자현미경의 위치조정과 초점결정의 미크론 단위 이송에 적합한 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 틸트스테이지의 개략적인 작동상태도,
도 2는 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지가 제어부에 연결된 상태를 나타낸 개략적인 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지의 내부구조를 나타낸 일부 절개 사시도,
도 4는 도 2의 AA 단면도,
도 5의 (a),(b)는 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서 상부스테이지가 중심점을 기준으로 좌측 또는 우측으로 이동시 경사각을 이루며 상부스테이지의 틸팅을 보여주는 상태도.

이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

도 2는 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지가 제어부에 연결된 상태를 나타낸 개략적인 사시도, 도 3은 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지의 내부구조를 나타낸 일부 절개 사시도, 도 4는 도 2의 AA 단면도, 도 5의 (a),(b)는 본 발명에 따른 정밀구동 틸트스테이지에서 상부스테이지가 중심점을 기준으로 좌측 또는 우측으로 이동시 경사각을 이루며 상부스테이지의 틸팅을 보여주는 상태도이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 정밀구동 틸트스테이지는, 상부스테이지(10), 하부스테이지(20), 이동수단(30)을 포함하여 구성된다.

상부스테이지(10)는 피검사체가 안착되는 플레이트로서, 양측면은 하방으로 90도 각도 굴곡되어 형성되며, 양측면의 하부는 소정 곡률을 갖는 둥근 형상이다. 또한, 양측면의 각 내측면에는 양측면의 하부와 곡률이 동일한 호형상의 제1 크로스 롤러 가이드(11)가 고정결합된다.

이는 중심 기준축 중심으로 스윙동작이 용이하도록 하기 위함이다.

또한, 상부스테이지(10)의 중앙위치에는 소정크기의 관통홀이 형성되고, 상부스테이지(10)의 양측면에 수직한 방향으로 봉(34)이 결합된다. 이때, 봉(34)의 결합을 위해 양측면쪽에 위치하는 관통홀 쪽에 봉이 끼워져 결합하는 결합홀(미도시)이 형성될 수 있다.

하부스테이지(20)는, 상부스테이지(10)의 스윙동작이 가능하도록 동력을 전달하는 이동수단(30)을 사이에 두고 상부스테이지(10)와 맞물려 위치하는 것으로, 상부스테이지(10)의 양측면에 대응하는 테두리쪽은 상부스테이지(10)의 양측면의 둥근 하부와 곡률이 동일하게 오목한 형상을 가지며, 양측 테두리에서 내측으로 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 맞물려 크로스 이동하는 호형상의 제2 크로스 롤러 가이드(21)가 고정결합되어 있다.

하부스테이지(20)의 상부면 중심부위에는 제2 크로스 롤러 가이드(21)와 평행하게 이동수단(30)이 설치되고, 이동수단(30)의 양 끝단은 하부스테이지(20)에 고정시킨다.

여기서, 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 하부스테이지(20)의 제2 크로스 롤러 가이드(21)는 맞물려 상대적으로 크로스 이동되는 것으로, 서로 마주보는 부위에는 V자홈이 각각 형성된다. 마주보는 이들 V자홈이 이루는 마름모꼴 홈에는 롤러(R)가 구비되어 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 제2 크로스 롤러 가이드(21) 간의 마찰을 최소화하고, 이들 사이의 간격이 최소하되어 먼지등의 이물질의 삽입이 방지되며, 그럼으로써 구동 및 품질의 신뢰성을 향상시키는 장점이 있다.

이동수단(30)은 상기 상부스테이지(10)와 하부스테이지(20) 사이에 배치되고 동력부(50)와 커플링(C)으로 연결되어, 상부스테이지(10)에 동력을 전달하여 스윙동작이 가능하도록 하는 것으로, 스크류축(31)과 이에 결합하여 전후진 직선운동하는 너트(32), 너트(32) 상부에 고정결합하며 스크류축(31)과 직각을 이루는 봉가이드(33), 봉가이드(33)에 길이를 따라 형성되되, 수직단면이 상하방향으로 장방형인 가이드이동홈(33a), 가이드이동홈(33a)에 끼워지고 양 단부가 상부스테이지(10)에 고정결합되는 봉(34)으로 구성된다.

이때, 스크류축(31)과 너트(32) 사이에는 볼(미도시)을 구비하여 스크류축(31)의 회동 방향에 따라 전진 또는 후진이동하는 너트(32)와의 사이에 마찰을 최소화하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써 장시간 반복적인 전후진 이동에도 마모발생이 일어나지 않게 되고 그 결과 유격이 발생하지 않으므로 미크론 단위의 위치조정 및 초점조정이 가능하게 된다.

또한, 너트(32) 상부에 고정결합된 봉가이드(33)의 가이드이동홈(33a)에 끼워지고 상부스테이지(10)에 고정결합된 봉(34)은, 상부스테이지(10)가 수평위치일때는 가이드이동홈(33a)의 하부에 위치하고 있다가, 스크류축(31)의 회동에 따라 너트(32)가 전후진 직선운동하고 그에 따라 상부스테이지(10)가 좌측 또는 우측으로 이동하게 되면 봉(34)은, 장방형의 가이드이동홈(33a)의 하부에서 점차적으로 상방향으로 이동하게 된다.

그 결과 봉(34)에 고정된 상부스테이지(10)는 중심축을 기준으로 회전하는 스윙동작이 가능하게 된다.

이는 가이드이동홈(33a)을 장방형으로 형성하여 봉(34)의 움직임 여유공간을 제공하였기 때문이며, 또한, 가이드이동홈(33a)의 내부벽면과 봉(34)의 외부를 열처리하여 마찰에 의한 마모를 방지하였기 때문이다.

본 발명에서는 비록 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 상부스테이지 11: 제1 크로스 롤러 가이드
20: 하부스테이지 21: 제2 크로스 롤러 가이드
30: 이동수단
31: 스크류축 32: 너트
33: 봉가이드 33a: 가이드이동홈
34: 봉 50: 동력부
C: 커플링 R: 롤러

Claims (9)

1. 상부스테이지(10);
   하부스테이지(20); 및
   상기 상부스테이지(10)와 하부스테이지(20) 사이에 배치되어 상기 상부스테이지(10)를 스윙동작시키는 이동수단(30);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부스테이지(10)는,
   양측면은 하방으로 90도 각도 굴곡되어 형성되며, 양측면의 하부는 소정 곡률을 갖는 둥근 형상이며, 상기 양측면의 각 내측면에는 양측면의 하부와 곡률이 동일한 호형상의 제1 크로스 롤러 가이드(11)가 고정결합되는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 상부스테이지(10)는,
   중앙위치에 소정크기의 관통홀이 형성되고, 양측면에 수직한 방향으로 봉(34)이 결합하는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 하부스테이지(20)는,
   상기 상부스테이지(10)의 양측면에 대응하는 테두리쪽은 상기 상부스테이지(10)의 양측면의 둥근 하부와 곡률이 동일한 오목한 형상을 가지며, 양측 테두리에서 내측으로 상기 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 맞물려 크로스 이동하는 호형상의 제2 크로스 롤러 가이드(21)가 고정결합되는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 상부스테이지(10)의 제1 크로스 롤러 가이드(11)와 상기 하부스테이지(20)의 제2 크로스 롤러 가이드(21)의 서로 마주보는 부위에는 V자홈이 각각 형성되며,
   이들 V자홈이 이루는 마름모꼴 홈에는 롤러(R)가 구비되는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 이동수단(30)은,
   스크류축(31);
   상기 스크류축(31)에 결합하여 전후진 직선운동하는 너트(32);
   상기 너트(32) 상부에 고정결합하며 스크류축(31)과 직각을 이루는 봉가이드(33);
   상기 봉가이드(33)에 길이를 따라 형성되되, 수직단면이 상하방향으로 장방형인 가이드이동홈(33a); 및
   상기 가이드이동홈(33a)에 끼워지고 양 단부가 상기 상부스테이지(10)에 고정결합되는 봉(34);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 스크류축(31)과 상기 너트(32) 사이에는 볼을 구비하여, 상기 스크류축(31)의 회동 방향에 따라 전진 또는 후진이동하는 너트(32)와의 사이에 마찰을 저감시키는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 봉(34)은, 상기 상부스테이지(10)가 수평위치일때는 상기 가이드이동홈(33a)의 하부에 위치하고, 상기 스크류축(31)의 회동에 따라 전후진 직선운동하는 너트(32)에 따라 상기 가이드이동홈(33a)의 장방형의 하부에서 점차적으로 상방향으로 이동하여, 상기 상부스테이지(10)가 봉(34)을 기준으로 회전하는 스윙동작을 하도록 하는 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 가이드이동홈(33a)의 내부벽면과 상기 봉(34)의 외부면은 열처리하여 마찰에 의한 마모를 방지한 것을 특징으로 하는 정밀구동 틸트스테이지.

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