KR100742091B1

KR100742091B1 - 반도체 웨이퍼 취급용 로봇

Info

Publication number: KR100742091B1
Application number: KR1020010020037A
Authority: KR
Inventors: 마틴알 엘리오트; 제프리씨 허드잰스; 크리스토퍼에이치 팬시스; 데이몬케이쓰 코스
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2000-04-14
Filing date: 2001-04-14
Publication date: 2007-07-24
Also published as: JP2012039125A; KR20010098615A; TW490368B; JP2002110767A; US6379095B1

Abstract

반도체 웨이퍼를 처리하기 위한 장치는, 두개의 웨이퍼(W)를 두개의 서로 다른 이송면 상에서 동시에 그리고 개별적으로 취급하는 자동 로봇을 갖추고 있다. 이런 자동 로봇은 좌우측 암을 가진 제 1 암 조립체를 포함하고 있으며, 이런 좌우측 암은 중심 수직 축선을 중심으로 제 1 수평면 내에서 개별적으로 회전하도록 하기 위해, 좌우측 암의 한 단부는 허브에 장착되고, 좌우측 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 웨이퍼를 이송하는 블레이드를 지지하며, 이런 암들은 자신의 중심 부근에서 수평으로 굽혀져서 접혀저서 블레이드를 중심 축선 쪽으로 수축시키고, 중심 축선으로부터 반경방향으로 확장시킬 수도 있다; 그리고 제 2 암 조립체는 제 1 암 조립체와 실질적으로 동일하고 상기 제 1 수평면과 가까운 간격을 두고 제 2 수평면에서 회전하며, 제 1 암 조립체의 작동은, 상기 제 1 암 조립체의 작동과 관계없이 작동하는 것을 제외하고는 상기 제 1 암 조립체의 작동과 실질적으로 동일하다.

Description

반도체 웨이퍼 취급용 로봇{IMPROVED ROBOT FOR HANDLING SEMICONDUCTOR WAFERS}

도 1은 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치로서, 본 발명의 특징을 구체화한 개선된 웨이퍼 취급용 로봇을 내재한 이송 챔버, 입출력(I/O) 챔버, 그리고 이송 챔버의 주위에 배치된 다수의 프로세싱 챔버를 포함한 장치를 개략적으로 도시하는 평면도;

도 2는 본 발명의 특징을 구체화한 개선된 로봇과 이송 챔버의 일부를 개략적으로 도시하는 사시도;

도 3은 도 2의 개선된 로봇의 측면을 개략적으로 도시하는 측면도; 및

도 4는 본 발명의 특징을 구체화한 개선된 로봇에 의해 달성된 웨이퍼 취급 능력과 종래 로봇에 의해 달성된 웨이퍼 취급 능력을 비교하는 그래프이다.
이러한 도면들은 반드시 척도에 맞게 도시되어 있지는 않다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치 12: 이송 챔버

16: 입출력(I/O) 챔버 18: 프로세싱 챔버

20: 카세트 22: 슬릿 밸브 슬롯

25: 수직 중심 축선 26: 허브

28: 제 1 연장암 36: 보디

38: 리스팅 메커니즘 40: 제어 블레이드

42: 제 1 보디 44: 제 2 보디

50: 지지 블레이드 52: 립

54: 숄더 58: 엘보 베어링

59: 접근 개구 60: 수직 허브벽

62: 실링 플레이트 64: 고리형 부재

66: 수직벽 68: 고리형 디스크

80: 자기 커플링 조립체 84: 샤프트

86: 서보 모터 92: 자기 커플링 조립체

94: 샤프트 96: 서보 모터

98: 자기 커플링 조립체 100: 샤프트

102: 서보 모터 104: 자기 커플링 조립체

106: 샤프트 108: 서보 모터

본 발명은, 반도체 제조를 위한 프로세싱 장치의 스테이션 사이에서 반도체 웨이퍼를 이송함에 있어, 실질적으로 개선된 능력을 가진 자동 제어 로봇(기계적 메커니즘)에 관한 것이다.

집적회로(ICs), 디램(DRAM; dynamic random access memories) 등과 같은 반도체 제조에서, 크고 얇은 웨이퍼(일반적으로 실리콘)는 반도체 제조를 위해 하나의 프로세싱 챔버로부터 다른 프로세싱 챔버로 신속하게 이송되어야 한다. 웨이퍼의 이런 이송은, 절대 청정 상태 하에서 실행되며, 주로 대기압 보다 낮은 압력하에서 실행된다. 이런 목적을 달성하기 위해, 프로세싱 챔버로부터 그리고 프로세싱 챔버로 웨이퍼를 이송하기 위한 다양한 기계적 설비들이 안출되어 왔다.

한 장소에서부터 다른 한 장소로 몇몇의 웨이퍼를 효과적으로 그리고 안전하게 이송하고 클린룸 환경 하에서 웨이퍼가 처리될 수 있도록 웨이퍼를 카세트 내에 장착하는 것이 일반적인 실행 과정이다. 그리고, 웨이퍼를 장착한 카세트는, 원하는 가스 압력 및 환경이 설정될 수 있는 입출력(I/O) 챔버("로드 록" 챔버) 내로 삽입된다. 웨이퍼는 각각의 카세트로부터 I/O 챔버로 또는 I/O 챔버로부터 카세트로 하나씩 공급되고 제거된다. 바람직한 웨이퍼 취급은, I/O 챔버가 프로세싱 챔버에 가깝게 배치되어, 하나 이상의 웨이퍼가 거의 동시에 프로세싱되는 것이다. 이런 목적을 달성하기 위해, 두 개 이상의 챔버가 이송 챔버의 주위에 배치되고, 이런 이송 챔버는 밀봉식으로 시일링되며 I/O 챔버 및 프로세싱 챔버와 연통되어 있다. 이송 챔버 내에 위치한 자동 제어 웨이퍼 취급 메커니즘 또는 로봇은, I/O 챔버로부터 웨이퍼를 공급받고 각각의 웨이퍼를 선택된 프로세싱 챔버 내로 이송시킨다. 하나의 프로세싱 챔버에서 프로세싱이 끝난 후, 로봇은 프로세싱된 이런 웨이퍼를 다른 프로세싱 챔버 내로 삽입하거나 I/O 챔버 및 각각의 카세트로 되돌려 보낸다.

반도체 웨이퍼는 원래 연약하여 쉽게 깨지거나 긁힐 수 있다. 따라서, 웨이퍼의 손상을 방지하기 위해서는 최대한 신중하게 웨이퍼를 취급해야 한다. 웨이퍼를 취급하는 로봇 메커니즘은, 웨이퍼를 안전하게 유지하여, 부서지기 쉬운 웨이퍼의 테두리가 깍여나가거나 웨이퍼의 표면이 긁히지 않도록 한다. 로봇은, 진동 또는 갑작스러운 정지나 흔들림(jerk)없이 웨이퍼를 부드럽게 이송시킨다. 로봇이 진동하면, 웨이퍼를 지지하는 로봇 블레이드와 웨이퍼 표면 사이에서 마멸이 발생할 수 있다. 이런 진동으로 인해 마멸되어 형성된 웨이퍼 입자, 즉 "먼지"는, 다시 다른 웨이퍼의 표면을 오염시켜 바람직하지 않은 환경을 초래할 수 있다. 따라서, 로봇은, 웨이퍼를 온화하게 지지하고 로봇의 이동부의 움직임이 끊기지 않도록 함과 동시에 위치 사이를 신속하고 정확하게 이송시킬 수 있도록 설계될 필요가 있다. 이런 복잡한 요구들로 인하여, 종래의 로봇 메커니즘은, 이상적인 크기의 이송 챔버 내 제한된 공간에서 한번에 하나 이상의 웨이퍼를 취급할 수 없었다.

따라서, 웨이퍼-프로세싱 장치의 수율을 증가시키기 위해 두 개의 웨이퍼를 각각 개별적으로 그리고 동시에 취급할 수 있는 로봇이 제공될 필요가 있다. 또한 이러한 배용량(dual-capacity) 로봇을 종래의 로봇에서 사용되는 것과 실질적으로 동일한 크기의 이송 챔버 내에 배치하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 배용량 로봇이 종래의 설계 및 크기의 웨이퍼 프로세싱 장치 내에 용이하게 장착되도록 할 수 있다.

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본 발명에 따른 구체적인 실시예에서는, 반도체 웨이퍼를 취급하고, 종래 로봇 보다 두 배의 웨이퍼-이동 및 이송 능력을 갖는 개선된 로봇을 제공한다.
이와 같은 개선된 로봇은, 좌우측 암을 가진 제 1 암 조립체를 포함하는데, 각 암의 한 단부는 중심 수직 축선을 중심으로 제 1 수평면 내에서 개별적으로 회전하도록 장착되고, 각 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 웨이퍼를 이송하는 블레이드를 지지하며, 이런 암들은 자신의 중심 부근에서 수평으로 굽혀지고 접혀져서 블레이드가 중심 축선 쪽으로 수축되어 원하는 각위치가 되도록 회전되게 하며, 또한 이들 암은 그 중심으로 이동됨으로써, 블레이드를 중심 축선으로부터 원하는 만큼 중심 축선으로부터 연장시킨다. 로봇은 제 1 암 조립체와 실질적으로 동일한 제 2 암 조립체를 추가로 포함하는데, 제 2 암 조립체는 제 1 암 조립체의 제 1 수평면 위에 근접하여 회전하는 제 2 수평면을 가지며, 제 2 암 조립체의 작동은 제 1 암 조립체의 작동과 개별적으로 작동한다는 것을 제외하고는 제 1 암 조립체와 동일하다.

본 발명의 많은 장점과 더불어 본 발명의 보다 명확한 이해는, 첨부된 도면 및 청구범위와 관련한 설명을 통해 명확해질 것이다.

도 1은 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치(10)를, 부분적으로 절개하여, 개략적으로 도시하는 평면도로서, 이 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치(10)는, 이송 챔버(12), 이송 챔버(12)에 내재되고 본 발명의 특징을 구현하는 웨이퍼 취급용 로봇(14), 이송 챔버(12)의 주위에 결합된 입출력 챔버(16), 그리고 이송 챔버의 주위를 따라 이송 챔버(12)에 결합된 4개의 프로세싱 챔버(18)를 포함한다. 이송 챔버(12)의 기본 구조가 널리 알려져 있는 것처럼, I/O 챔버(16) 및 프로세싱 챔버(18)도 이 기술분야에 널리 알려져 있다. 로봇(14)은 이런 챔버의 개수 및 특정 종류의 사용에 제한받지 않는다. 실시예에서 로봇(14)은 플로어 또는 이송 챔버(12)의 하부벽(19)에 부착되고 플로어에 있는 접근 개구(access opening; 도시 안됨) 주위에서 밀폐된다. 상부벽 또는 이송 챔버(12)를 덮는 커버는 도시되어 있지 않다. 비록 여기서는 이송 챔버(12)가 원형으로 도시되어 있지만 타원형일 수도 있다.

도시된 바와 같이, I/O 챔버(16)는 각각의 웨이퍼 지지 카세트(20)에 부착되어 있으며, 그 중 두개가 도시되어 있고, 이들 각각은 카세트 내 선반 상에 몇몇의 웨이퍼(도시 안됨)를 지지할 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 카세트(20)는, 청정 환경 하에서 장치(10)와 같은 하나의 장치로부터 다른 위치로 웨이퍼를 이송하기 위한 바람직한 진행을 제공한다. 각각의 I/O 챔버(16) 내에는, 카세트(20) 내 각각의 선반 상에 있는 선택된 웨이퍼를 로봇(14)이 I/O 챔버(16)로부터 제거할 수 있는 레벨로 이동시키기 위한 메커니즘(공지된 종래기술로서 도시되지는 않았음)이 위치한다. 로봇(14)은 이런 웨이퍼를 이송 챔버(12) 내로 가져온 다음 프로세싱 챔버(18) 중 선택된 하나 내부로 삽입시킨다. 프로세싱이 끝난 후, 웨이퍼는 로봇에 의해 프로세싱 챔버(18)로부터 제거되고 선택된 I/O 챔버(16)로 돌아간 다음 각각의 카세트(20) 내로 되돌아간다. 도 1에 점선으로 표시된 두 개의 웨이퍼(W)는, 로봇(14)에 의해 지지된 것으로 도시되어 있다. 실시예에서, 본 발명이 웨이퍼의 특정 직경의 사용에 제한을 두지는 않았으나, 웨이퍼(W)는 직경 300 밀리미터(mm)가 될 수 있다. I/O 챔버(16) 및 이송 챔버(12)는, 이송 챔버(12)의 주위에 배치된 "슬릿 밸브(slit valve)" 슬롯(22)에 의해 서로에 대해 밀봉식으로 시일링되며, 이 슬롯(22)은, 챔버로부터 또는 챔버로 웨이퍼를 이송하고 제거하도록 자동으로 개폐된다. 이런 슬릿 밸브 슬롯(22)은 이 기술분야에 잘 알려져 있기에 더 이상 설명하지 않는다. 유사하게, 슬릿 밸브 슬롯(22)은 각각의 프로세싱 챔버(18)로부터 이송 챔버(12)를 시일링한다. 실시예에서, 슬릿 밸브 슬롯(22)은, 프로세싱 챔버(18)와 I/O 챔버(16)의 각각의 입구에 있는 벽(23)에서 이점쇄선(24)으로 표시된 각각의 반경 반향을 따라 배치된 것으로 도시되어 있다.

도 2는 본 발명의 특징을 구체화한 로봇(14)과 이송 챔버(12)의 일부를 개략적으로 도시하는, 부분적으로 절개된 사시도이다. 도 2에서, I/O 챔버(16) 및 프로세싱 챔버(18)는 도시되어 있지 않다. 수직 중심 축선(25)을 따라 정렬된 로봇(14)은, 허브(26), 연장될 수 있는 한 쌍의 상부 암 또는 제 1 암(28, 29) 및 이와 실질적으로 동일한 한 쌍의 하부 암 또는 제 2 암(31, 32)을 포함하며, 여기서 제 2 암은 제 1 암에 대해 상하가 역전되어 있다. 이로써 각각의 암 쌍들은 평행한 수평면 내에서 수직 방향으로 가까운 간격을 두고 위치할 수 있다(도 3 참조). 상부에 있는 각각의 암(28, 29) 안쪽 단부는 링 모양인 한 쌍의 회전식 보디(34, 36)에 단단히 결합되고, 이런 암(28, 29)의 바깥쪽 단부는, 상부 웨이퍼 지지 블레이드(40)를 수평으로 지지하고 반경방향으로의 정렬을 유지하는 리스팅 메커니즘(wrist mechanism; 38)에 연동되어 있다. 상부에 있는 암과 유사하게, 하부에 있으며 연장될 수 있는 는 한 쌍의 암(31, 32)은 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디(42, 44)에 결합되고, 이 보디는 허브(26) 주위를 베어링에 의해 회전될 수 있으며, 도면부호 46으로 도시된 작은 직경의 수직 갭에 의해 공간을 형성하는데, 이 공간은, 상부에 있는 링 모양인 한 쌍의 보디(34, 36) 밑에 가깝게 위치한다. 두 개의 웨이퍼 지지 블레이드(40, 50)는 허브(26)를 중심으로 반경방향으로 정렬되어 있으며, 각 블레이드는 연장 또는 수축될 수 있고, 또한 한 블레이드는 다른 하나의 블레이드와 관계없이 회전할 수 있다. 각 블레이드(40, 50)는, 전단부에는 립(52)을 그리고 후단부에는 숄더(54)를 가지고 있는데, 이들은 웨이퍼(W)의 림 또는 테두리와 맞물려 각 블레이드 상에 웨이퍼를 배치시킨다(도 1 참조). 각 블레이드(40, 50) 후단부에 있는 각 숄더(54)의 수축성 디텐트(detent) 또는 핑거 메커니즘(도시 안됨)은 리스팅 메커니즘(38, 48)에 포함되며, 자동으로 웨이퍼(W)의 테두리와 결합하여, 챔버로부터 또는 챔버 내로 웨이퍼(W)가 이송될 때 이를 지지한다. 블레이드가 완전히 챔버(16, 18) 내로 삽입되면, 각 디텐트 메커니즘은, 리스팅 메커니즘에 의해 자동으로 결합이 풀려 웨이퍼를 자유로이 상승시키거나 추가의 메커니즘(도시 안됨)을 이용하여 각 블레이드(40, 50) 상에 웨이퍼를 배치시킨다. 상하부에 있는 한 쌍의 암(28, 29 및 31, 32)은, 각각의 리스팅 메커니즘(38, 48)으로 접혀지고 부분적으로 수직 허브 갭(46) 내로 수축되어, 이송 챔버(12)에 필요한 내경을 최소화시킨다. 4 개의 엘보 베어링(58)은 각각의 암(28, 29 및 31, 32)의 중간에 제공되는데, 이 엘보 베어링은 도시된 바와 같이 암이 용이하게 접히고 굽혀지도록 하며, 이런 엘보 베어링(58)은 각 암(28, 29 및 31, 32)의 외측 일부의 상하 이동 또는 수직 이동을 억제한다.

암을 지지하는 링 모양인 보디(34, 36)를 서로에 대해 반대방향으로 점진적으로 동일한 양만큼 회전시킴으로써, 선택된 슬릿 밸브 슬롯(22) (그리고 챔버(16,18) 중 어느 하나)을 통해 블레이드(40)를 이동시키기 위하여 상부에 있는 한 쌍의 암(28, 29)이 (예를 들면, 어느 하나의 반경(24)을 따라) 연장될 수 있다. 즉, 축선(25)을 중심으로 반시계방향으로 보디(34)를 회전시키고 동시에 시계방향으로 보디(36)를 회전시키면 한 쌍의 암(28, 29)이 서로에 대해 거의 평행을 이룰 때까지 똑바로 뻗어 나아갈 것이다. 이로써 웨이퍼 지지 블레이드(40)가, 선택된 슬릿 밸브 슬롯(22)을 통해 허브(26)로부터 반경(24)을 따라 바깥쪽으로 완전히 연장하게 된다. 그 다음, 링 모양인 보디(34, 36)를 반대방향으로의 회전시킴으로써, 암(28, 29)은 다시 접혀지게 되어 블레이드(40)를 수축시키고, 선택된 챔버(16 또는 18) 내로 삽입하기 위해 다른 각위치로 회전될 수 있게 된다. 웨이퍼 지지 블레이드(50) 및 암(31, 32)은 각각의 링 모양인 보디(42, 44)의 선택적 회전에 의해 상기와 유사한 방식으로 제어된다. 개별적인 수평의 블레이드(40, 50)는 수직방향으로 서로 간격을 이루며 근접하여 있기 때문에, 각 블레이드(및 이런 블레이드에 의해 지지된 웨이퍼)는 서로의 접촉없이 임의의 슬릿 밸브 슬롯(22)을 통해 수평으로 그리고 용이하게 이동될 수 있다. 로봇(14)과 암(28, 29, 31, 32)의 일련의 순차적인 작동은 이 분야에 잘 알려진 컴퓨터(도시 안됨)에 의해 제어된다.

도 3에는, 본 발명에 따라 제공된 로봇(14)의 측면도가 도시되어 있는데, 그 일부는 절개되어 도시되어 있고, 다른 일부는 단면으로 도시되어 있으며, 또 다른 일부는 개략적으로 도시되어 있다. 로봇(14)의 허브(26) 하부는, 도면부호 59로 도시된, 이송 챔버(12; 도 3에 도시 안됨)의 플로어(19)에 있는 원형의 접근 개구의 둘레를 따라 밀폐되어 있다. 이런 허브(26)는, 자신의 상부 근처에 알루미늄과 같은 비자기성 재료로 만들어진 얇고 원통형인 수직벽(60)을 가지는데, 이 수직벽의 상부는 실링 플레이트(62)에 고정되어 있다. 얇은 수직벽(60)의 하단부는, 허브갭(46; 도 2에 도시됨)을 형성하는 고리형 부재(64)에 고정되어 (그리고 밀폐되어) 있다. 고리형 부재(64)의 하단부는, 제 1 수직벽(60)과 축선 방향으로 정렬되어 있는 얇고 원통형인 제 2 수직벽(66; 비자기성) 상단부에 밀폐되어 있다. 제 2 수직벽(66)의 하단부는 고리형 디스크(68)에 고정되고 밀폐되어 있으며, 이 고리형 디스크는 개구(59)를 따라 이송 챔버의 플로어(19)에 밀폐되어 있다.

상부에 있는 암(28, 29; 도 3에서 부분적으로 절단되어 도시됨) 및 하부에 있는 암(31, 32; 도 3에서 부분적으로 절단되어 도시됨)은 실질적으로 동일하지만, 서로에 대해 역전되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이런 암들은 그 외부를 따라 수평 평면을 갖으며, 이 수평 평면들은 서로에 대해 마주보고 있으며 도면부호 69로 도시된 좁은 수직 공간을 사이에 두고 떨어져 있다. 이런 좁은 공간(69)은, 암(및 각각의 리스팅 메커니즘(38,48))이 부분적으로 허브갭(46)으로 리세스되도록 한다(도 2도 참조). 또한, 웨이퍼 지지 블레이드(40, 50; 도 3에 도시 안됨)도 수직 방향에 대하여 서로 충분히 근접하여 있어, 앞에서 언급한 바와 같이, 슬릿 밸브 슬롯(22)을 통해 용이하게 위치할 수 있다.

암(28)이 고정되어 있는 최상부의 링 모양인 회전식 보디(34)는, 베어링 조립체(70)에 의해 허브(26) 상에 회전할 수 있도록 지지되며, 계속해서 이 베어링 조립체는 (암(29)이 부착된) 링 모양인 보디(36)의 상부에 지지되어 있다. 보디(36)는 베어링 조립체(72)에 의해 회전가능하게 지지되고, 계속해서 고리형 부재(64) 바로 위에서 허브(26)의 고정된 부분에 의해 지지된다. 따라서, 앞에서 설명한 바와 같이, 링 모양인 보디(34, 36)는, 개별적으로 그리고 서로에 대해 반대방향으로 회전할 수 있고, 또는 동시에 함께 회전할 수도 있다. 하부에 있는 두 개의 링 모양인 보디(42, 44)(각각 암(31,32)이 부착됨)는, 베어링 조립체(74, 76)에 의해 위에서 설명된 방식과 실질적으로 동일하게 회전할 수 있도록 지지되며 유사하게 작동된다.

최상에 있는 링 모양인 보디(34)는, 자기 커플링 조립체(80)에 의해 (자기장이 통과할 수 있는) 얇은 허브벽(60)을 통해서 회전식 수직 드라이브 샤프트(vertical rotatable drive shaft; 84)의 상단부에 회전할 수 있도록 연결되는데, 축선(25)에 대해 정렬된 이 회전식 수직 드라이브 샤프트는, 허브(26)를 통과하고 챔버 플로어(19)의 개구(59)를 통과하여 제 1 서보 모터(86)로 연장되어 있다. 이 모터(86)는 플로어(19)에 부착된 수직 지지 프레임(vertical support frame; 90) 내에 지지되어 있다; 모터(86)의 회전식 부품은 샤프트(84)를 양쪽 방향으로 구동시켜 상당히 정밀한 각도로 샤프트(및 링 모양의 보디(34))를 위치시킨다. 자기 커플링 조립체(80; 이 기술 분야에 잘 알려져 있음)는 샤프트(84)의 회전을 링 모양인 보디(34)에 확실히 결합시킴으로써 보디(34)가 회전하는데 있어 각의 지연(angular play)이나 오차가 없게 된다. 얇은 허브벽(60) 및 얇은 수직벽(66)은 허브(26) 내외측의 회전 부재 사이에서 밀봉식 시일링을 제공한다. 링 모양인 보디(34)와 관련하여 상기한 바와 실질적으로 동일한 방식으로, 링 모양인 보디(36)는 자기 커플링 조립체(92)에 의해 서보 모터(96)로 연장된 샤프트(94)의 상단부에 회전할 수 있도록 연결되고; 링 모양인 보디(42)는 자기 커플링 조립체(98)에 의해 서보 모터(102)로 연장된 샤프트(100)의 상단부에 회전할 수 있도록 연결되며; 그리고 링 모양인 보디(44)는 자기 커플링 조립체(104)에 의해 서보 모터(108)로 연장된 짧은 수직 샤프트(106)에 회전할 수 있도록 연결된다. 실질적으로 이런 자기 커플링 조립체(80, 92, 98, 104)는 서로 동일한다. 이런 샤프트(84, 94, 100, 106)는 축선(25)에 대해 서로 동심을 이루고 개별적으로 회전할 수 있다. 서로 동일한 서보 모터(86, 96, 102, 108)는, 개별적으로 회전할 수 있고 샤프트(84, 94, 100, 106)를 통과하는 중공의 코어를 가지며 프레임(90) 상에 지지된다. 이런 서보 모터는 구입 가능한 모터이다. 각각의 모터 및 샤프트와 관련된 베어링은 도면에 도시되어 있지 않다. 이런 모터의 작동은 컴퓨터(도시 안됨)에 의해 제어되며 이 기술분야에 널리 알려져 있다.

도 4는 4개의 프로세싱 챔버를 갖춘 웨이퍼 프로세싱 장치에 대해 "챔버 비지(chamber busy)" 시간(초단위)을 나타내는 수평축과 시간 당 웨이퍼 수율(Wph)의 값을 나타내는 수직축의 그래프(120)를 도시하고 있다. "Wph" 값은 챔버 사이에서 웨이퍼를 이송하기 위해 필요한 시간과 "챔버 비지" 시간의 조합에 의해 산출된다. 그래프(120)는 (본 실시예의 로봇(14)과 같이 동시에 두개의 웨이퍼를 취급할 수 있는) 본원발명에 따라 제공된 개선된 배용량 웨이퍼 취급용 로봇을 이용한 장치(예를 들어 장치(10))의 생산성을 나타내는 제 1 곡선(122)과 상기와 동일한 장치이지만 단일 웨이퍼 취급용 로봇(한 번에 단지 하나의 웨이퍼만을 취급할 수 있음)의 "Wph"를 나타내는 제 2 곡선(124)을 가지고 있다. 약 100초 이하의 챔버 비지에서, 본 발명을 구체화한 로봇에 의해 제공되고 곡선(122)으로 표시된 웨이퍼 수율(Wph)은, 본 발명이 제공되지 않고 곡선(124)으로 표시된 로봇의 웨이퍼 수율보다 현저하게 우수하다. 그리고, 50초의 챔버 비지에서, 본 발명에 의해 제공된 웨이퍼 수율은 본 발명이 제공되지 않은 웨이퍼 수율보다 두 배 이상 더 높다.

상기에서 설명한 본 발명은, 하나의 실례로서 이에 어떠한 제한도 받지 않는 다. 첨부된 도면을 참조로하여 본 발명의 사상 및 범위에 벗어남 없이, 설명된 실시예의 다양한 변경 또는 개조가 가능하다는 것을 이 기술분야의 당업자는 인지할 것이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따라 종래의 로봇보다 두 배의 웨이퍼 이동 및 이송 능력을 갖춘 반도체 웨이퍼를 취급하기 위한 개선된 로봇을 제공하여, 개선된 반도체 웨이퍼 수율을 제공하는 효과를 가지고 있다.

Claims

반도체 웨이퍼를 프로세싱하기 위한 장치에서, 두개의 웨이퍼를 동시에 그리고 개별적으로 취급하기 위한 자동 로봇으로서,

좌우측 암을 가진 제 1 암 조립체; 및

상기 제 1 암 조립체와 실질적으로 동일한 제 2 암 조립체를 포함하며,

상기 제 1 암 조립체의 각 암의 한 단부는 중심 축선을 중심으로 제 1 수평면에서 개별적으로 회전하도록 장착되고, 각 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어, 웨이퍼를 이송하는 블레이드를 지지하며, 상기 암은 자신의 중심 부근에서 수평으로 굽혀져서, 중심 축선 쪽으로 상기 블레이드를 수축시키기 위해 접혀질 수 있고, 원하는 각위치가 되도록 회전되게 하며, 또한 상기 암은, 상기 암들이 서로에 대해 거의 평행을 이루어 상기 블레이드가 중심 축선으로부터 최대한 연장될 수 있도록, 상기 암을 그 중심으로 서로 이동시킴으로써 중심 축선으로부터 반경 방향을 따라 연장될 수 있으며

상기 제 2 암 조립체는, 상기 제 1 수평면과 근접하여 간격을 두고 있는 제 2 수평면 상에서 회전가능하며, 상기 제 2 조립체의 작동은 상기 제 1 조립체와 독립적으로 작동하는 것을 제외하고는 상기 제 1 조립체의 작동과 실질적으로 동일하게 작동하는,

반도체 웨이퍼 취급용 로봇.
반도체 프로세싱 장치에서 웨이퍼를 취급하기 위한 개선된 로봇으로서,

수직 중심 축선을 가진 허브;

개별적으로 회전할 수 있도록 상기 허브에 고정되며, 그 하나가 다른 하나의 상부에 근접한 간격을 두고 위치하는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 1 보디;

상기 한 쌍의 제 1 보디 위에서 짧은 수직 갭을 두고 회전 가능하게 또 독립적으로 상기 허브 상에 장착되며, 서로 인접하여 위치하는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디;

각각 자신의 중심 부근에서 수평으로 굽혀질 수 있는 좌우측 암을 가진 한 쌍의 제 1 암으로서, 상기 각 암의 한 단부는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 상기 제 1 보디 각각에 단단히 장착되고, 상기 각 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 제 1 수평면에서 상기 중심 축선에 대해 반경 방향으로 정렬된 제 1 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하는 한 쌍의 제 1 암;

한 쌍의 상기 제 1 암과 실질적으로 동일한 한 쌍의 제 2 암으로서, 상기 각 암의 한 단부는, 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디 각각에 단단히 장착되고, 상기 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 제 2 수평면에서 반경방향으로 정렬된 제 2 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하며, 상기 제 1 및 2 수평면이 수직으로 근접한 간격을 두고 위치하는 한 쌍의 제 2 암; 및

다수의 서보 모터로서, 각 서보 모터는, 상기 중심 축선을 중심으로 각 보디를 각각의 다른 보디와 독립적으로 어느 한 방향으로 회전시키도록, 폭이 좁고 링 모양인 상기 보디 각각에 연결되어 상기 각 한 쌍의 암과 이에 연결된 웨이퍼 지지 블레이드가 각각 독립적으로 회전에 의해 상기 허브 쪽으로 수축되거나 또는 웨이퍼를 프로세싱 챔버 내로 배치시키기 위하여 반경방향을 따라 연장되는 서보 모터를 포함하는,

반도체 웨이퍼 취급용 로봇.
제 2항에 있어서, 상기 제 1 및 2 수평면이 짧은 수직 허브 갭 내에 위치하여 상기 암들이 상기 허브 갭에 의해 제공된 추가 공간만큼 수축될 수 있는,

반도체 웨이퍼 취급용 로봇.
제 3항에 있어서, 상기 서보 모터들이 상기 허브의 아래쪽의 프레임 상에 수직으로 지지되고, 상기 허브 내에서 동심의 회전 샤프트에 연결되며, 상기 샤프트는 허브의 비자기성 벽을 통해 폭이 좁고 회전가능한 링 모양 보디들 중 어느 하나에 자기적으로 연결되어, 상기 허브가 자신의 내외측에서 이동하는 부품 사이에 밀봉식 시일링을 제공하는,

반도체 웨이퍼 취급용 로봇.
시간 당 웨이퍼 수율(Wph)이 증가된 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치로서,

중심 수직 축선, 플로어 및 둘레벽을 가지고 밀봉식으로 시일링이 가능한 이송 챔버;

상기 이송 챔버의 둘레벽 주위에서 상기 축선으로부터 각각의 반경을 따라 이격된 각도로 배열된 다수의 프로세싱 챔버 및 입출력(I/O) 챔버;

상기 이송 챔버, I/O 챔버 및 프로세싱 챔버 사이에서, 이격된 반경방향 상에 각각 분배되어 상기 각각의 챔버에 밀봉식 시일링을 제공하는 다수의 슬릿 밸브 슬롯;

상기 이송 챔버의 상기 수직 축선을 따라 정렬되고 상기 플로어에 결합되어 있는 허브;

개별적으로 회전할 수 있도록 상기 허브에 고정되고, 하나가 다른 하나 위에 근접하여 간격을 이루고 있는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 1 보디;

개별적으로 회전할 수 있도록 상기 제 1 보디 위쪽에서 상기 허브에 고정되고 서로 근접하여 간격을 이루고 있는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디;

각각 자신의 중심 부근에서 수평으로 굽혀질 수 있는 좌우측 암을 가진 한 쌍의 제 1 암으로, 각 상기 암의 한 단부는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 상기 제 1 보디 각각에 단단히 장착되고, 상기 암의 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 제 1 수평면에서 상기 중심 축선에 대해 반경 방향으로 정렬된 제 1 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하는 한 쌍의 제 1 암;

한 쌍의 상기 제 1 암과 실질적으로 동일한 한 쌍의 제 2 암으로, 상기 각 암의 한 단부는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디 각각에 단단히 장착되고, 다른 단부는 서로 이동 가능하게 연결되어 제 2 수평면에서 반경 방향으로 정렬된 제 2 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하며, 상기 제 1 및 2 수평면이 수직으로 서로 근접한 간격을 두고 위치하는 한 쌍의 제 2 암; 및

폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 1 및 2 보디 각각을 상기 중심 축선을 중심으로 어느 한 방향으로 개별적으로 회전시키기 위한 구동 수단을 포함하는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 5항에 있어서, 상기 제 1 및 2 웨이퍼 지지 블레이드 각각이 웨이퍼를 지지하면서 상기 슬릿 밸브 슬롯을 용이하게 통과하기에 충분하게 수직방향으로 서로 근접하여 위치하는,

반되체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 5항에 있어서, 상기 허브는 폭이 좁고 회전할 수 있는 한 쌍의 상기 제 1 및 2 보디 사이에 지름이 축소된 수직 갭을 가지며, 상기 제 1 및 2 웨이퍼 지지 블레이드 각각의 상기 수평면이 상기 갭 내에 위치하여 한 쌍의 상기 제 1 및 2 암이 접혀져서 상기 갭에 의해 제공된 추가 공간만큼 수축될 수 있는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 5항에 있어서, 상기 구동 수단이,

상기 중심 축선 및 상기 허브에 대해 수직으로 정렬되고, 상기 이송 챔버 플로어 아래에 있는 프레임에 고정되어 있는 다수의 서보 모터; 및

상기 중심 축선을 중심으로 어느 한 방향으로 개별적으로 회전할 수 있도록 상기 각 서보 모터를 폭이 좁은 링 모양인 보디 각각에 회전가능하게 연결하여, 각 쌍의 암이 다른 쌍과 독립적으로 수축되고 회전될 수 있도록 하거나, 반경방향으로 연장될 수 있도록 하는 커플링 수단을 포함하는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 8항에 있어서, 상기 허브의 적어도 일부가 비자기성이고 상기 커플링 수단이,

상기 서보 모터의 중공 코어를 수직방향으로 통과하는 동심의 회전 샤프트를 다수 포함하며,

상기 각 샤프트는 상기 각 서보 모터에 연결되고, 상기 허브가 자신의 내외측에서 움직이는 부품들 사이에 밀봉식 시일링을 제공하도록 각각의 폭이 좁은 보디와 샤프트를 각회전되도록 단단히 연결하기 위하여, 상기 허브를 통과하는 자기장을 제공하는 자기 커플링 조립체에 의해 각 샤프트의 상단부 부근에서 각각의 폭이 좁은 보디에 연결되는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
시간 당 웨이퍼 수율(Wph)이 증가된 반도체 웨이퍼 프로세싱 장치로서,

중심 수직 축선, 플로어 및 둘레벽을 가지고 밀봉식으로 시일링이 가능한 이송 챔버;

상기 이송 챔버의 상기 둘레벽 주위에서 축선으로부터 각각의 반경방향을 따라 이격된 각도로 배치되는 다수의 프로세싱 챔버 및 두개의 웨이퍼 지지 카세트를 수용하기 위한 입출력 챔버;

상기 이송 챔버, 입출력(I/O) 챔버 및 프로세싱 챔버 사이에서, 각각 이격된 반경방향 상에 위치하는 이송챔버의 둘레벽 상에 분배되어 상기 각각의 챔버 사이에 밀봉식 시일링을 제공하는 다수의 슬릿 밸브 슬롯;

상기 이송 챔버의 수직 축선을 따라 정렬되고 상기 플로어에 결합되는 중공 허브로서, 얇고 비자기성 원형벽을 가진 허브;

서로 독립적으로 회전할 수 있도록 상기 허브의 얇은 벽 상에 장착되고, 하나가 다른 하나 위에 근접하여 간격을 이루고 있는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 1 보디;

서로 독립적으로 회전할 수 있도록 상기 제 1 보디 위쪽의 상기 허브의 얇은 벽 상에 장착되고 서로 근접하여 간격을 이루고 있는 실질적으로상기 제 1 보디와 동일한 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 2 보디;

좌우측 암을 가진 한 쌍의 제 1 암으로서, 각 암의 일 단부는 폭이 좁고 링 모양인 제 1 보디 각각에 단단히 고정되고, 각 암의 다른 단부는, 제 1 수평면에서 제 1 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하여 상기 중심 축선에 대해 반경방향으로 정렬되게 유지하는 제 1 리스팅 메커니즘에 의해 이동 가능하게 연동되며(geared), 상기 좌우측 암은 각각 자신의 중심부 근처에 수평으로 굽혀지나 수직으로는 굽혀지지 않도록 하는 정밀한 엘보 베어링을 가지고, 각 암이 수직 방향으로는 움직이지 않도록 하기에 충분한 두께를 가지고 평평한 수평면을 가지는 한 쌍의 제 1 암;

한 쌍의 상기 제 1 암과 실질적으로 동일한 한 쌍의 제 2 암으로서, 각각의 암은 엘보 베어링을 가지고, 각 암의 일 단부는 폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 상기 제 2 보디 각각에 단단히 고정되고, 각 암의 다른 단부는, 제 2 수평면 내에서 제 2 웨이퍼 지지 블레이드를 지지하여 상기 중심 축선에 대해 반경방향으로 정렬되게 유지하는 제 2 리스팅 메커니즘에 의해 이동 가능하게 연동되며, 한 쌍의 상기 제 1 및 2 암은 서로에 대해 뒤집혀 지거나 역전되어 각각의 수평면이 서로 마주보고 상기 제 1 및 2 수평면이 웨이퍼를 지지하면서 상기 슬릿 밸브 슬롯을 용이하게 통과하기에 충분하도록 수직방향으로 서로 근접하여 위치하는 한 쌍의 제 2 암; 및

폭이 좁고 링 모양인 한 쌍의 제 1 및 2 보디 각각을 상기 중심 축선을 중심으로 어느 한 방향으로 개별적으로 회전시키기 위한 구동 수단으로, 상기 허브의 얇은 벽을 통과하여 폭이 좁고 링 모양인 보디 각각에 단단하게 그리고 회전될 수 있도록 자기적으로 연결된 구동수단을 포함하는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 10항에 있어서, 상기 구동 수단이,

상기 중심 축선 및 허브에 대해 수직으로 정렬되고 상기 이송 챔버의 상기 플로어 아래에 있는 프레임에 고정된 다수의 서보 모터; 및

상기 서보 모터의 중공 코어를 수직으로 통과하고 동심 회전 샤프트를 다수 포함하며,

상기 각 샤프트는 각 상기 서보 모터에 연결되고, 상기 허브가 자신의 내외측에서 움직이는 부품들 사이에 밀봉식 시일링을 제공하도록 각각의 폭이 좁은 보디와 샤프트의 각회전을 위해 단단히 연결하기 위하여, 상기 얇은 허브 벽을 통과하는 자기장을 제공하는 자기 커플링 조립체에 의해 각 샤프트의 상단부 부근에서 각각의 폭이 좁은 보디에 연결되는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.
제 10항에 있어서, 상기 제 1 및 2 수평면이 허브 지름이 축소된 짧은 수직 갭 내에 위치하여, 상기 암들이 상기 갭에 의해 제공된 추가 공간만큼 수축될 수 있는,

반도체 웨이퍼 프로세싱 장치.