KR101022057B1 - 반송챔버 내에서 사용하기에 적합한 기판반송장치 - Google Patents

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Abstract

로봇아암을 구동하는 아암모터는 진공환경에서 설치하여 사용하기가 곤란하다. 그런데 반송챔버는 진공상태와 상압상태를 넘나들기 때문에 종래에는 아암모터를 반송챔버 내에 설치할 수가 없어서 아암모터를 반송챔버의 외부에 설치하여 반송챔버의 내부에 위치하는 기판반송로봇을 구동시켰다. 따라서 복잡한 동력전달구조가 요구되었다. 그러나 본 발명에 따른 기판반송장치는 아암모터(511, 512)가 반송챔버(10) 내에 있는 로봇본체(200)내에 직접 설치되는 것을 특징으로 하기 때문에 기판을 기울어짐없이 수평회전 및 수평직선운동시키기 위한 동력전달구조가 간단하게 된다.

Description

반송챔버 내에서 사용하기에 적합한 기판반송장치 {Apparatus for transferring substrate for use in transfer chamber}
본 발명은 기판반송장치에 관한 것으로서, 특히 진공환경의 반송챔버 내에서 대형 기판을 반송시키는데 적합한 기판반송장치에 관한 것이다.
최근 평판 디스플레이(Flat Panel Display, FPD) 및 태양전지 등에 사용되는 유리 기판의 크기가 대형화됨에 따라 기판을 효율적으로 반송시키기 위한 기판반송로봇에 대한 개발이 많이 이루어지고 있다.
이러한 기판은 통상적으로 반송챔버를 경유에서 이동되어지는데, 기판의 대형화로 인해서 기판을 기울어짐이 없이, 그리고 반송챔버라는 한정된 공간 내에서 최소한의 궤적으로 이동시키는 것이 중요하다. 특히, 반송챔버는 공정의 진행에 따라 상압과 진공상태를 넘나들기 때문에 여기에서 사용되는 기판반송로봇은 진공환경에서 사용하기에도 적합해야 한다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 진공환경의 반송챔버 내에서 대형 기판을 반송시키는데 적합한 기판반송장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 반송챔버 내에 설치되어 기판을 반송하는 기판반송수단에 관한 것으로서, 특히 상기 반송챔버 내에 가로로 길게 설치되는 로봇본체; 상기 반송챔버와 연통되도록 상기 반송챔버의 외부에서 상기 반송챔버의 저면에 세로로 결합되는 기둥관; 상기 기둥관 내에 세로로 설치되는 실린더; 가운데에 케이블관이 형성되고 상기 케이블관이 상기 로봇본체의 내부와 연통되도록 윗단이 상기 로봇본체의 저면에 연결되게 상기 실린더 내에 삽입 설치되는 회전축; 상기 로봇본체의 내부에 설치되되 상기 반송챔버의 내부공간과는 분리되는 모터수납공간를 제공하여 아암모터가 수납되는 모터함; 상기 회전축의 케이블관과 상기 모터함을 연결시키는 연결관; 상기 반송챔버의 외부로부터 상기 케이블관 및 연결관을 통하여 상기 아암모터에 연결되는 전력선; 상기 아암모터의 회전축과 연결되어 상기 로봇본체의 양측으로 바퀴형태로 튀어나오도록 설치되는 구동풀리; 상기 로봇본체의 양측으로 바퀴형태로 튀어나오며 상기 구동풀리가 사이에 위치하도록 상기 로봇본체의 길이방향 양 끝에 각각 설치되는 피동풀리; 상기 구동풀리와 상기 피동풀리에 걸쳐지는 아암벨트; 및 상기 아암벨트에 고정 결합되는 아암 고정 브라켓에 의해 지지되어 상기 로봇본체의 상부에 위치하도록 설치되며, 상기 기판을 지지하는 아암 블레이드를 가지는 로봇아암; 을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 로봇본체의 벽에는 경량화용 관통홀이 복수개 형성되는 것이 바람직하다.
상기 로봇본체는 4개의 판이 조립되어 직사각기둥 형태를 하는 것이 바람직하다.
2개의 2판을 한꺼번에 이송시키기 위하여, 상기 모터함은 하부아암 모터를 수납하는 하부아암 모터함과, 상부아암 모터를 수납하는 상부아암 모터함으로 구분되어 설치되고; 상기 구동풀리는 상기 하부아암 모터에 연결되는 하부아암 구동풀리와, 상기 상부아암 모터에 연결되는 상부아암 구동풀리로 구분되어 설치되고; 상기 피동풀리는 하부아암 피동풀리와 상부아암 피동풀리로 구분되어 설치되되 상기 하부아암 피동풀리와 상부아암 피동풀리가 서로 독립적으로 회전하도록 하나의 축에 설치되며; 상기 하부아암 피동풀리의 전단에는 피동풀리부 하부아암 아이들러가 설치되고, 상부아암 피동풀리의 전단에는 피동풀리부 상부아암 아이들러가 설치되되, 상기 피동풀리부 하부아암 아이들러와 피동풀리부 상부아암 아이들러는 서로 독립적으로 회전하도록 하나의 축에 설치되며; 상기 아암벨트는 상기 하부아암 구동풀리와 하부아암 피동풀리에 걸쳐지는 하부아암벨트와, 상기 상부아암 구동풀리와 상부아암 피동풀리에 걸쳐지는 상부아암벨트로 구분되어 설치되며; 상기 로봇아암은 상기 하부아암벨트에 연결되는 하부아암과, 상기 하부아암 상부에 위치하는 상부아암으로 구분되어 설치될 수 있다.
아암모터는 진공환경에서 설치하여 사용하기가 곤란하다. 그런데 반송챔버는 진공상태와 상압상태를 넘나들기 때문에 종래에는 아암모터를 반송챔버 내에 설치할 수가 없어서 아암모터를 반송챔버의 외부에 설치하여 반송챔버의 내부에 위치하는 기판반송로봇을 구동시켰다. 따라서 복잡한 동력전달구조가 요구되었다. 그러나 본 발명에 의하면 아암모터가 반송챔버 내에 있는 로봇본체내에 직접 설치되기 때문에 기판을 기울어짐없이 수평회전 및 수평직선운동시키기 위한 동력전달구조가 간단하게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 기판반송수단을 설명하기 위한 단면도;
도 2는 도 1의 로봇본체(200)를 설명하기 위한 사시도;
도 3 및 도 4는 아암모터(511, 512)의 설치부를 설명하기 위한 도면들;
도 5는 아암(311, 312)과 아암벨트(611, 612)의 연결관계를 설명하기 정면도;
도 6 및 도 7은 하부아암벨트(611)와 상부아암벨트(612)를 설명하기 위한 도면들;
도 8은 도 7의 피동풀리부(T)와 구동풀리부(S)를 설명하기 위한 도면;
도 9a 및 도 9b는 하부아암(311)이 전후진하는 경우를 설명하기 위한 도면들;
도 10a 및 도 10b는 상부아암(312)이 전후진하는 경우를 설명하기 위한 도면들이다.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아래의 실시예는 본 발명의 내용을 이해하기 위해 제시된 것일 뿐이며 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상 내에서 많은 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 권리범위가 이러한 실시예에 한정되는 것으로 해석돼서는 안 된다.
도 1은 본 발명에 따른 기판반송수단을 설명하기 위한 단면도이고, 도 2는 도 1의 로봇본체(200)를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2에서는 이해의 편의상 아암 블레이드(411, 412)의 도시를 생략하였다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 로봇본체(200)는 직육면체기둥 형태를 하며 넓은 면이 위로 향하도록 가로로 길게 눕혀지게 반송챔버(10) 내에 설치된다. 로봇본체(200)는 대형 기판용일 경우 그 무게가 거의 2톤에 달하기도 한다. 따라서 로봇본체(200)에는 무게를 줄이기 위하여 각 면에 경량화용 관통홀(700)이 복수개 형성된다. 제조의 편의성을 위하여 로봇본체(200)는 4개의 판을 조립하여 형성한다.
반송챔버(10)의 저면에는 기둥관(110)이 반송챔버(10)에 연통되도록 수직하게 설치된다. 기둥관(110) 내에는 실린더(120)가 수직하게 설치되며 실린더(120)에는 회전축(130)이 삽입 설치된다. 회전축(130)은 상하운동도 가능하게 설치된다. 실린더(120)와 회전축(130)의 사이는 자성유체 씰(magnetic fluid seal)에 의해 밀봉된다.
회전축(130)의 가운데에는 케이블관(H)이 형성된다. 로봇본체(200)의 내부와 케이블관(H)이 연통되도록 회전축(130)의 윗단은 로봇본체(200)의 중앙부 저면에 연결된다. 로봇본체(200)의 중앙부를 기준으로 그 앞쪽과 뒤쪽에는 반송챔버(10)의 내부공간과는 분리되는 모터수납공간을 제공하는 모터함(211, 212)이 설치된다. 양쪽 모터함(211, 212)은 T형 벨로우즈와 같은 연결관(140)에 의해 케이블관(H)과 연통된다. 로봇본체(200)의 앞쪽이라 함은 아암 블레이드(411, 412)가 향하는 쪽을 말하며, 뒤쪽이라 함은 그 반대편을 말한다.
모터함(211, 212)의 내부에는 하부아암 모터(511)와 상부아암 모터(512)가 각각 설치된다. 전력선(131)은 케이블관(H)을 통하여 반송챔버(10)의 외부에서 삽입되어 들어와 연결관(140)을 통하여 모터함(211, 212) 내의 아암 모터(511, 512)에 전력을 공급한다. 따라서 회전축(130)이 회전하여 로봇본체(200)가 회전축(130)을 중심축으로 하여 회전하더라도 전력선(131)이 꼬이는 경우는 발생하지 않는다.
하부아암모터(511)가 회전하면 하부아암벨트(611)가 가동되어 하부아암(311)이 벨트를 따라 수평이동하고, 상부아암모터(512)가 회전하면 상부아암벨트(612)가 가동되어 상부아암(312)이 벨트를 따라 수평이동한다.
도 3 및 도 4는 아암모터(511, 512)의 설치부를 설명하기 위한 도면이다. 하부아암모터(511)와 상부아암모터(512)가 동일한 형태로 설치되기 때문에 여기서는 하부아암모터(511)에 대해서만 설명한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 하부아암모터(511)의 회전축에는 회전방향을 전환하기 위한 워엄기어(530)가 연결 설치되며 하부아암 구동풀리(521)는 워엄기어(530)에 연결되어 로봇본체(200)의 양측으로 바퀴형태로 튀어나오도록 설치된다. 하부아암 구동풀리(521)를 로봇본체(200)의 양측에 설치하는 이유는 기판이 기울어지게 이송되는 것을 방지하기 위함이다. 모터함(211)은 덮개(550)에 의해 덮여진다. 따라서 모터함(211)의 내부는 연결관(131)과 연결되는 연결공(A)을 통하여 대기환경에 노출되며, 반송챔버(10)의 진공환경과는 분리된다.
반송챔버(10)는 진공상태와 상압상태를 넘나든다. 아암모터(511, 512)는 진공환경에서는 설치하여 사용하기가 곤란하므로 종래에는 아암모터(511, 512)를 반송챔버(10) 내에 설치할 수가 없었다. 따라서 반송챔버(10)의 외부에 아암모터(511, 512)를 설치하여 반송챔버(10)의 내부에 위치하는 기판반송수단을 구동시켰다. 그로인해 아암구동풀리(521, 522)를 로봇본체(200)의 양측에 배치시키고, 로봇본체(200)를 수평회전시키고, 또한 로봇아암(311, 312)을 수평직선운동시키기 위해서 복잡한 동력전달구조가 요구되었다.
따라서 본 발명에서와 같이 아암모터(511, 512)를 로봇본체(200)에 직접 설치할 실익이 있는 것이다. 아암모터(511, 512)를 로봇본체(200)에 직접 설치하기 위해서는 상술한 바와 같이 반송챔버(10)의 진공환경과는 격리되도록 모터함(211, 212)이 설계되는 것이 바람직하다.
도 5는 아암(311, 312)과 아암벨트(611, 612)의 연결관계를 설명하기 정면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 하부아암(311)은 하부아암 고정 브라켓(311a)에 의해 수평 지지되며, 하부아암 고정 브라켓(311a)은 하부아암벨트(611)를 잡도록 하부아암벨트(611)에 고정 결합된다. 그리고 상부아암(312)은 상부아암 고정 브라켓(312a)에 의해 수평지지되며, 상부아암 고정 브라켓(312a)은 상부아암벨트(612)를 잡도록 상부아암벨트(612)에 고정 결합된다.
*도 6 및 도 7은 하부아암벨트(611)와 상부아암벨트(612)를 설명하기 위한 도면이다. 도 6 및 도 7에서는 이해의 편의상 하부아암(311)과 상부아암(312)의 도시를 생략하였으며, 하부아암 고정 브라켓(311a)이 결합되는 벨트 부위를 참조부호 L로 표시하였고, 상부아암 고정 브라켓(312a)이 결합되는 벨트부위를 참조부호 H로 표시하였다.
하부아암모터(511)가 회전하면 하부아암 구동풀리(521)가 회전하고 그에 따라 하부아암벨트(611)가 가동되어 하부아암(311)이 로봇본체(200)를 따라 수평이동한다. 그리고 상부아암모터(512)가 회전하면 상부아암 구동풀리(522)가 회전하고 그에 따라 상부아암벨트(612)가 가동되어 상부아암(312)이 로봇본체(200)를 따라 수평이동한다.
하부아암 구동풀리(521)의 양쪽에는 벨트의 장력을 조절하기 위한 아이들러(521a, 521b)가 각각 설치되며, 상부아암 구동풀리(522)의 양쪽에도 마찬가지로 아이들러(522a, 522b)가 설치된다. 로봇본체(200)의 양단에는 피동풀리(710. 720, 810, 820)가 각각 설치되며, 피동풀리(710, 720, 810, 820)의 전단에도 벨트의 장력을 조절하기 위한 아이들러(710a, 720a, 810a, 820a)가 각각 설치된다.
도 8은 도 7의 피동풀리부(T)와 구동풀리부(S)를 설명하기 위한 도면이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 하부아암 피동풀리(720)와 상부아암 피동풀리(820)는 하나의 축에 설치되며 또한 각각 독자적으로 회전하도록 설치된다. 그리고 그 전단에 있는 피동풀리부 하부아암 아이들러(720a) 및 피동풀리부 상부아암 아이들러(820a)도 하나의 축에 설치되며 또한 각각 독자적으로 회전하도록 설치된다. 따라서 벨트장력 조절시 피동풀리부 아이들러(720a, 820a)는 하나의 세트로서 동시에 수평이동하게 되고, 그로 인해 하부아암벨트(611)와 상부아암벨트(612)의 장력이 피동풀리부 아이들러(720a, 820a)의 움직임에 의해 동시에 한꺼번에 조절된다.
도 9a는 하부아암(311)이 전진하는 경우를 설명하기 위한 개략도이고, 도 9b는 하부아암(311)이 후진하는 경우를 설명하기 위한 개략도이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 하부아암 구동풀리(521)가 반시계 방향으로 회전하면 하부아암벨트(611)가 반시계 방향으로 이동되고, 그로 인해 하부아암 고정 브라켓(311a)에 의해 하부아암벨트(611)에 고정 설치되는 하부아암(311)이 전진한다. 벨트의 장력에 의해서 로봇본체(200)의 양측에 있는 하부아암 피동풀리(710, 720)도 각각 반시계 방향으로 회전한다. 그리고 도 9b에 도시된 바와 같이, 하부아암 구동풀리(521)가 시계 방향으로 회전하면 하부아암벨트(611)가 시계 방향으로 이동되고, 그로 인해 하부아암(311)이 후진한다.
도 10a는 상부아암(312)이 전진하는 경우를 설명하기 위한 개략도이고, 도 9b는 상부아암(312)이 후진하는 경우를 설명하기 위한 개략도이다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 상부아암 구동풀리(522)가 반시계 방향으로 회전하면 상부아암벨트(612)가 반시계 방향으로 이동되고, 그로 인해 상부아암 고정 브라켓(312a)에 의해 상부아암벨트(612)에 고정 설치되는 상부아암(312)이 전진한다. 그리고 도 10b에 도시된 바와 같이, 상부아암 구동풀리(522)가 시계 방향으로 회전하면 상부아암벨트(612)가 시계 방향으로 이동되고, 그로 인해 상부아암(312)이 후진한다.
10: 반송챔버
110: 기둥관
120: 실린더
130: 회전축
131: 전력선
140: 연결관
200: 로봇본체
211, 212: 모터함
311, 312: 로봇아암
311a, 312a: 아암 고정 브라켓
411, 412: 아암 블레이드
511, 512: 아암모터
521a, 521b, 522a, 522b, 710a, 720a, 810a, 820a: 아이들러
521, 522: 구동풀리
530: 워엄기어
611, 612: 아암벨트
700: 경량화용 관통홀
710, 720, 810, 820: 피동풀리
H: 케이블관

Claims (2)

  1. 반송챔버 내에 설치되어 기판을 반송하는 기판반송장치에 있어서,
    로봇본체에 설치되는 아암모터의 회전축을 따라 상기 아암모터와 연결되는 구동풀리,
    상기 로봇본체의 길이 방향을 따라 상기 로봇본체의 양 끝에 설치되는 피동풀리,
    상기 구동풀리 및 상기 피동풀리에 걸쳐지는 아암벨트를 포함하되,
    상기 구동풀리는 하부아암모터와 연결되는 하부아암 구동풀리 및 상부아암모터와 연결되는 상부아암 구동풀리를 포함하고,
    상기 피동풀리는 동일한 회전축 상에서 서로 독립적으로 회전하는 하부아암 피동풀리 및 상부아암 피동풀리를 포함하고,
    상기 하부아암 구동풀리 및 상기 하부아암 피동풀리 사이에는 적어도 하나의 하부아암 아이들러가 설치되고, 상기 상부아암 구동풀리 및 상기 상부아암 피동풀리 사이에는 적어도 하나의 상부아암 아이들러가 설치되며,
    상기 아암벨트는 상기 하부아암 구동풀리 및 상기 하부아암 피동풀리에 걸쳐지는 하부아암벨트와 상기 상부아암 구동풀리 및 상기 상부아암 피동풀리에 걸쳐지는 상부아암벨트를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판반송장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 하부아암 아이들러 및 상기 적어도 하나의 상부아암 아이들러는 동일한 회전축 상에서 서로 독립적으로 회전하는 것을 특징으로 하는 기판반송장치.
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