KR100536768B1 - 웨이퍼용 카세트 저장 조립체 및 카세트 배치 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 웨이퍼가 충전되는 카세트를, 복수 개의 매거진을 갖는 원형 컨베이어에 배치하기 위한 로봇을 갖는 저장 조립체에 관한 것이다. 이들 매거진은 수직과 수평으로 차례로 놓여 있다. 카세트를 파지하는 로봇 헤드의, 매거진에 대한 정확한 위치를 결정하기 위해, 매거진에 대한 헤드의 수평 위치 결정용 센서 수단과, 매거진의 베이스 플레이트에 대한 헤드의 수직 위치를 결정하기 위한 센서 수단이 제공된다. 이 수평 위치는 매거진의 베이스 플레이트에 배열된 구멍을 이용하여 결정된다. 특히, 주요 구멍과 보조 구멍이 존재한다.

Description

웨이퍼용 카세트 저장 조립체 및 카세트 배치 방법{WAFER CASSETTE STORAGE ASSEMBLY AND METHOD FOR POSITIONING THE CASSETTE}
본 발명은 청구항 제1항의 전제부에 따른 웨이퍼용 카세트 저장 조립체 및 청구항 제10항의 전제부에 따른 카세트 배치 방법에 관한 것이다.
이러한 종류의 저장 조립체는 종래 기술로부터 널리 알려진 것이다. 지속적으로 진전되는 소형화 및 매거진(magazine) 수의 증가로 인하여, 실상 이러한 매거진을 작업자가 충전한다는 것은 비현실적이다. 또한, 관련 비용이 너무 비싸다. 이러한 이유로, 종래 기술에서는 로봇의 도움으로 그러한 카세트를 이동시키는 것이 제안된 바 있다. 선택적으로, 이들 카세트에는 소정의 처리를 받게 될 웨이퍼가 채워질 수 있다. 일부 장치의 경우, 특정 가스로 채워진 챔버 내에서 수동으로 웨이퍼의 위치를 설정할 필요가 없도록 이러한 종류의 로봇이 설치된다.
이제까지 자동 위치 설정은 수동으로 로봇의 동작을 지시하고 관련 위치 자료, 즉 원형 컨베이어(carousel)로서 설계된 매거진에 대한 로봇의 위치를 저장하는 것에 의해 수행되어 왔다. 이 경우, 임의의 발생 가능한 로봇과 매거진의 상호 위치 설정 상태의 붕괴 후에는 상기 공정을 반복하는 것이 필요한데, 이는 상대 위치를 재입력하여야 함을 의미한다. 매거진의 위치 결정 수단은 적어도 카세트가 매거진 내에서 정확하게 정해진 위치에 배치되도록 하는 것이었다. 이는 추가의 공정을 위해 그리고 웨이퍼를 매거진으로부터 정확하게 취출하기 위하여 중요하다. 매거진과 로봇의 상호 위치에 대한 이러한 붕괴는 초기 조립 과정 중에 어떻게든 발생한다. 이러한 종류의 저장 조립체가 제조 중에 서로에 대해 세팅되면, 시운전 후에 분해되어 최종의 사용 장소에서 재조립될 것이다. 만일, 작동 중에 구동 모터 등에 변위가 발생하면, 부분적으로 장치를 분해할 필요가 있으며, 그 결과 상호 위치 설정도 마찬가지로 변경되어 재세팅이 필요하게 된다. 베이스 플레이트의 왜곡, 사용중 발생하는 유격, 그리고 카세트가 채워진 경우 해당 카세트의 중량에 의한 휨으로 인해 높이가 변화될 수 있다.
특히, 매거진의 수가 비교적 많은 경우, 이러한 종류의 세팅 작업에는 많은 시간이 소요되는 한편, 많은 경우 작업자는 공간이 부족하기 때문에 여러 스테이션에 쉽게 접근할 수 없다. 더욱이, 매우 정확한 제어 시스템이 필요하고 로봇과 원형 컨베이어의 회전 부분의 다양한 구성 요소를 특별히 작은 공차로 설계할 필요가 있다. 이는 세팅 이후에는 에러를 더 이상 수정할 수 없기 때문이다.
도 1은 본 발명에 따른 저장 조립체의 도식적인 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 상세한 측면도.
본 발명의 목적은 전술한 단점을 회피하고, 카세트의 정확한 위치 설정과 관련하여 로봇의 복잡한 지시를 수행할 필요가 없으며, 다양한 구성 요소의 상호 위치의 붕괴 이후에 데이타를 수동으로 재입력할 필요가 없고, 또한 여러 가동(可動) 부품 간에 약간의 공차가 허용될 수 있는 그러한 카세트 저장 조립체를 제공하는 것이다.
이 목적은 청구항 제1항의 특징적인 구성을 가지고 있는 전술한 카세트 저장 조립체에 의해 달성된다. 센서 수단 및 상호 작용하는 기준 수단의 사용 결과, 카세트가 정위치에 배치될 때마다, 로봇은 로봇과 매거진의 상호간의 위치가 얼마나 정확한지를 재점검한다. 그 후, 임의의 필요한 수정을 행한다. 이것은 완전 자동으로 행해진다. 그 결과, 본 발명에 따른 카세트 저장 조립체는 자기 학습형(self-teaching)이므로, 운전중 발생하는 작은 공차는 운전에 영향을 미치지 않는다. 또한, 원형 컨베이어의 정지 위치는 결코 임계적인 것이 아니며, 편차는 자동으로 수정된다.
센서 수단은 수직 방향 위치 결정을 위해 존재할 수 있다. 이 수단은 간단한 스캐닝 센서일 수 있다. 관련 제어 시스템은, 예를 들어 높이를 결정하는 관련 센서 수단과, 예컨대 매거진의 관련 구획의 베이스 플레이트 사이의 최초의 접촉 이후에, 장치가 관련 수정 위치에 도달하기 위해 소정 거리를 아래로 다시 이동하는 방식으로 설계될 수 있다.
수평 방향 위치를 결정하기 위해, 원형 컨베이어의 에지를 결정하는 간단한 접촉 수단 또는 비접촉 수단을 사용하는 것이 가능하다. 그러나, 이것들은 xy-위치를 결정할 수 없다. 결국, 베이스 플레이트 상의 고정점의 위치를 아는 것이 필요하다. 따라서, 베이스 플레이트에 있어서 카세트용 위치 결정 돌출부에 대해 고정된 위치에 구멍이나 기타 다른 기준 수단을 배열하는 것이 가능하다. 로봇 헤드 상의 센서 수단이 이들 기준 수단을 탐지하고, 센서 수단을 기준 수단을 향하도록 배향시킨다면, 소정 거리의 이동을 통해 상기 카세트를 내려놓거나 들어올리는 정확한 위치에 자동적으로 도달될 것이다.
이러한 기준 수단의 탐지능은 보조 기준 수단의 제공을 통해 증대될 수 있다. 이들 수단은 넓은 영역을 커버하며, 헤드의 센서 수단이 이 영역 내에 배치되면, 즉각 센서 수단은 보조 기준 수단에 대한 고정 위치를 탐색할 수 있고, 이 위치를 출발점으로 하여 전술한 주(主) 기준 수단을 찾을 수 있다. 이를 기초로, 해당 카세트를 집어올리고 내려놓는 위치를 다시 찾을 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 수평 위치를 결정하기 위한 전술한 기준 수단은 구멍으로 이루어지지만, 센서 수단은 감광 센서 수단(light-sensitive means)으로 이루어진다. 이러한 종류의 감광 수단은 더 이상의 접촉을 요하지 않으면서도, 이러한 종류의 구멍을 통해 빛이 입사되는지 여부를 결정할 수 있다. 이 빛은 종래 기술에서 알려진 임의의 종류의 빛을 포함할 수 있다. 빛은 종래의 광학 수단을 사용하여 발생될 수 있지만, 레이저 빔을 사용하는 것도 가능하다.
주 기준 수단 및 보조 기준 수단을 사용한다면, 이들 수단이 구멍으로서 설계된 경우, 보조 기준 수단의 구멍은 주 기준 수단의 구멍에 비해 훨씬 클 것이다. 그와 같은 직경은, 예를 들면 각각 5 mm와 2 mm이다. 원형 컨베이어에 대한 헤드의 정확도는 모든 경우에 있어서 +2.5 mm 또는 -2.5 mm임에 틀림없다. 이러한 전제하에, 센서 수단에서 발하는 광선 빔은 보조 기준 수단의 경계 연부에 부딪힌다. 그 후, 복귀 운동 또는 기타 운동의 실시에 의해, 보조 기준 수단의 구멍의 다른 연부가 타격된다. 이들 왕복 운동을 여러차례 수행함으로써, 해당 보조 기준 수단의 관련 구멍의 중심을 찾을 수 있다. 그 후, 상기 운동은, 주 기준 수단, 즉 직경이 작은 구멍이 탐지될 때까지 계속되고, 이어서 취출될 카세트에 관한 위치 또는 카세트 위치 설정용 위치 결정 돌출부에 관한 위치가 확립된다.
전술한 로봇은 종래 기술에 공지된 임의의 구조를 가질 수 있다. 그러나, 일단부에 헤드가 배치되고 타단부는 높이 조절이 가능한 선회 아암을 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명은 도면에 도시된 예시적인 실시예와 관련하여 상세히 후술된다.
도 1에서, 도면 부호 1은 매거진을 지시한다. 이 경우, 매거진은 복수 개의 구획으로 형성된 원형 컨베이어를 구비한다. 각 구획은 베이스 플레이트(4 또는 6)를 구비하며, 이 플레이트 상에 카세트(3)가 배치된다. 카세트의 정확한 위치는 베이스 플레이트 상의 위치 결정 돌출부(5)에 의해 확보된다. 이러한 구조의 경우 일반적이겠지만, 이들 돌출부는 카세트의 하부면의 H-형 돌출부가 정확하게 위치 설정되는 방식으로 치수가 정해진다.
본 발명에 따른 로봇은 도면 부호 2로 지시된다. 이 로봇은 서로에 대해 피봇 가능하게 배치된 2개의 아암(8, 9)을 포함하고, 아암의 일단에 플레이트(10)가 배치되며, 상기 플레이트는 회전 운동 이외에 화살표(7) 방향으로 상승/하강 운동도 행할 수 있다. 또한, 아암(9)은 헤드(18)가 부착되는 베이스 플레이트를 구비한다. 이런 종류의 로봇은 종래 기술에서 널리 공지되어 있으므로, 본 명세서에서는 여러 종류의 아암을 서로에 대해 이동시킬 수 있게 하는 제어 유닛 또는 제어 수단의 세부 사항에 대해서 설명하지 않겠다. 클램핑 바아(12)를 구비하는 클램핑 기구를 헤드에 마련하여, 카세트를 파지할 수 있도록 한다. 이러한 식으로 카세트가 파지된 후 이동될 수 있다. 카세트에는 웨이퍼(23)가 충전될 수 있는데, 그 방식은 그다지 구체적으로 도시하지는 않는다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 헤드(18)는 스프링 부하식 높이 스위치(17)와 (수평 방향으로) 그에 인접하게 배치된 감광 센서 수단(13-15)을 구비한다. 이들 센서 수단은 다른 센서가 통합되어 있는 광원(13)을 구비한다. 도면 부호 15는 광섬유 요소를, 도면 부호 14는 렌즈를 지시한다. 이런 종류의 기구의 경우, 렌즈(14)에서 발하는 광선 빔이 반사되는지 여부를 감지할 수 있다.
도면 부호 16은, 헤드(18)가 카세트를 향해 이동될 때 필요에 따라 웨이퍼를 카세트 쪽으로 더 밀어 넣는 데 사용되는 2개의 로드(rod)를 지시한다.
제어 유닛은 도면 부호 22로 도식적으로 도시되어 있다. 센서 수단(13-15, 17)으로부터 발생되는 신호가 상기 제어 유닛에 공급된다. 제어 유닛에는 구성 요소(10)에 대한 헤드(18)의 위치와 관련한 신호와, 기준면에 대한 상기 구성 요소(10)의 높이에 관련한 신호도 공급된다. 이들 신호에 기초하여, 헤드(18)의 동작이 제어되는데, 그 제어 방식은 더 구체적으로 설명하지는 않는다.
각 구획에 있어서, 베이스 플레이트(4, 6) 모두에는 비교적 작은 직경(예컨대, 2 mm)의 주 구멍(21)과 비교적 큰 직경(예컨대, 5 mm)의 보조 구멍(20)이 마련되어 있다. 이들 구멍은 항상 위치 결정 돌출부(5)에 대해 정확히 설정된 고정 위치에 자리한다.
전술한 장치의 작동은 다음과 같다.
원형 컨베이어(1)의 구획 내에 배치될 카세트가 다른 매거진으로부터 헤드(18)에 제공되고, 또는 클램핑 바아(12) 사이에 다른 방식으로 배열된 경우에는, 적합하다면 수동으로 보조되는 제어 유닛(22)에 저장된 기본 루틴을 기초로 하여 해당 구획에 대한 헤드 운동의 제1 부분이 수행될 것이다. 이로 인해, 구획에 대한 헤드의 매우 근접한 운동이 먼저 수행된다. 이 운동은 추후에 적소에 놓여질 카세트가 구획 안으로 너무 멀거나 높거나 혹은 너무 낮게 이동됨으로써 입을 수 있는 손상이나 바람직하지 않은 접촉을 야기하지 않도록 행해진다.
헤드(18)는 제1 근접 위치에 도달한 후, 스위치(17)가 베이스 플레이트(4 또는 6)에 도달할 때까지 아암(8, 9)과 함께 하향 이동된다. 그 결과, 그 방식을 자세히 도시하고 있지는 않지만 구성 요소(17)는 상향 이동되어 광선 빔을 차단하며, 그 결과 신호가 송신된다. 제1 신호가 수신되면, 헤드(18)가 해당 구획에 대하여 수직방향으로 위치가 설정되는 것이 알려지고, 그 후 예컨대, 15mm의 정해진 상방 이동이 행해진다. 이어서, 교정 중에 존재하지 않는 관련 카세트(3)를 위치 결정 돌출부(5)에 정확히 위치 설정할 수 있도록 하기 위해, 헤드(18)를 수평 방형으로 위치 설정하는 것이 필요하다. 이를 위해, 먼저 보조 구멍(20)을 이용한다.
조립/분해 또는 기타 불규칙적 상황 중에서 헤드의 정확도가 약 2.5mm 이상은 절대 벗어나지 않으므로, 보조 구멍(20)은 5 mm 직경으로 설계된다. 헤드(18)의 탐지 운동 중에, 센서(13-15)로부터 발하는 광선 빔은 예정된 순간에 구멍(20)의 주연부를 감지할 것이다. 그 후, 헤드는 접근 운동을 행하게 되는 데, 다시 말해 구멍(20)의 중심 위치를 결정하기 위해 여러 방향으로 직각 이동을 행한다. 이 위치를 찾은 후에, 헤드(18)는 전진하여 보다 작은 구멍(21)(약 2 mm의 직경)과 만날 수 있다. 구멍(21)의 중심 위치를 결정하기 위해, 상기 구멍(20)에서와 마찬가지로, 접근 운동을 행할 수 있다. 그 후, 해당 구획에 대한 헤드의 위치가 확립되며, 어어서 헤드에 카세트가 장착되어 있는 경우에는 그 카세트를 정확하게 위치시킬 수 있다. 이 경우, 그 위치는 항상 작은 직경의 구멍(21), 즉 구멍을 기준으로 하여 체크된다. 이 구멍의 크기는 2 mm 미만, 예컨대 0.5 mm일 수도 있다.
전술한 센서 이외에, 카세트용 클램핑 기구에 센서를 배치하는 것이 가능하다. 이들 센서는 카세트 전체를 클램핑 바아(12)로 파지하였을 때 작동된다. 임의의 불규칙적인 상황이 발생한다면, 카세트를 집어올리고 내려놓는 것을 중단하고 경고 신호가 주어질 것이다.
헤드에 의해, 그리고 특히 헤드에 내장된 센서에 의해 기록된 위치들은 메모리에 기억된다. 이는 다양한 구성 요소의 서로에 대한 설정 상태가 붕괴된 경우에만 관련 매거진에 대한 카세트의 정확한 위치를 탐색하는 것이 비록 비교적 느리지만 자동으로 수행됨을 의미한다. 그런 다음, 전술한 작업은 매우 신속하게 행해질 것이다.
본 발명은 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양하게 변형될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 그러한 변형은 명세서를 읽은 당업자에게 분명할 것이며, 청구 범위 내에 내포되어 있다. 예를 들자면, 헤드(18)의 상부와 같이 어떤 다른 적정 위치에 센서 수단을 배치하는 것도 가능하다. 매거진은 대응하는 위치에 협동 수단을 구비할 수 있다.

Claims (10)

  1. 웨이퍼가 채워지는 카세트(3) 수납을 위해 다른 높이로 배열된 구획이 마련된 매거진(1)과, 상기 구획 내에 카세트를 배치하기 위한 카세트 배치 기구(2)를 포함하는 카세트 저장 조립체로서, 각 구획은 카세트의 위치를 확립하기 위한 위치 확립 수단(5)이 마련된 베이스 플레이트(4, 6)를 구비하고, 상기 카세트 배치 기구(2)는 높이 조절이 가능하며 수평면에 위치될 수 있고 상기 카세트를 파지하기 위한 헤드(18)을 구비하는 것인 카세트 저장 조립체에 있어서,
    상기 카세트 배치 기구의 헤드(18)는 매거진에 대한 수직 위치 및 그 수평 위치를 결정하기 위한 센서 수단(13-15, 17)을 구비하며, 상기 수평 위치를 결정하기 위해 상기 센서 수단과 상호 작용하는 기준 수단(20, 21)이 상기 매거진의 각 구획 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수평 위치를 결정하기 위한 기준 수단은, 상기 베이스 플레이트 상의 위치 확립 수단에 대해 소정의 일정한 거리에 배열된 기준 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 수평 위치를 결정하기 위한 기준 수단은, 베이스 플레이트의 구멍(21)을 포함하며, 이 구멍의 직경은 2mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수평 위치를 결정하기 위한 기준 수단은, 서로에 대해 소정의 거리를 두고 배치된 보조 기준 수단(20) 및 주 기준 수단(21)을 포함하며, 상기 센서 수단(13-15)에 의해 감지될 수 있는 보조 기준 수단의 구역은 헤드와 매거진 간의 예상되는 최대 편차에 상응하는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  5. 제4항에 있어서, 상기 보조 기준 수단(20)은 베이스 플레이트의 구멍을 포함하며, 이 구멍의 직경은 7 mm 보다 작은 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 센서 수단(13-15)은 감광 센서 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 헤드의 운동을 조절하기 위한 제어 유닛(22)을 포함하고, 상기 센서 수단으로부터 발생된 신호가 상기 제어 유닛으로 전송되는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제어 유닛(22)은, 센서 수단이 보조 기준 수단과 만난 후에, 센서 수단을 포함하는 헤드가 상기 주 기준 수단에 대해 원하는 위치로 이동되게 하는 방식으로, 상기 센서 수단으로부터 수신된 신호를 처리하도록 구성된 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 카세트 배치 기구(2)는 헤드(18)가 자유단에 마련된 선회 피봇-아암 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 카세트 저장 조립체.
  10. 웨이퍼가 채워지는 카세트를 매거진 내에 배치하는 방법으로서, 상기 매거진은 베이스 플레이트를 각기 구비한 다수의 구획을 포함하며, 상기 베이스 플레이트는 카세트의 위치를 확립하기 위한 위치 확립 수단을 구비하고, 상기 카세트는 카세트 파지용 헤드가 마련된 카세트 배치 기구에 의해 변위되며, 상기 카세트 배치 기구는 높이 조절이 가능하고, 수평면에 위치될 수 있는 것인 카세트 배치 방법에 있어서,
    매거진의 각 구획에 대한 수직 위치 및 그 수평 위치를 결정하기 위한 센서 수단을 상기 카세트 배치 기구의 헤드에 마련하고, 서로에 대해 소정의 거리를 두고 배열된 주 기준 수단 및 보조 기준 수단을 상기 베이스 플레이트에 마련하며, 상기 센서 수단이 상기 보조 기준 수단을 감지할 때까지 관련 구획의 방향으로 상기 카세트 배치 기구를 이동시키고, 그 후에 상기 보조 기준 수단의 중심 위치를 결정하고, 이어서 주 기준 수단으로 이동시켜 주 기준 수단의 중심 위치를 결정하고 상기 카세트를 배치시키는 것을 특징으로 하는 카세트 배치 방법.
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