KR101163216B1 - Ｆｉｍｓ 시스템에 구현하는데 적합한 박스 로드 인터페이스 장비 - Google Patents

Ｆｉｍｓ 시스템에 구현하는데 적합한 박스 로드 인터페이스 장비 Download PDF

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Abstract

FIMS 시스템에 구현된 박스 로드 인터페이스(box load interface)는 박스 도어를 운반 박스 쪽으로 또는 운반 박스로부터 멀리 이동시켜 박스 도어를 열거나 닫을 수 있도록 운반 박스의 박스 도어에 부착할 수 있는 포트 도어(port door)를 작동시키는 병진운동 메커니즘을 포함한다. 클램핑 메커니즘(clamping mechanism)은 운반 박스를 포트 도어에 대해서 그리고 포트 도어로부터 멀리 이동시키도록 제어되는 미끄럼 운동식 트레이(slidable tray) 상의 운반 박스를 죄인다. 엘리베이터 조립체는 박스 도어가 운반 박스로부터 멀리 이동하고 난 후에 포트 도어를 이동시키기 위한 병진운동 메커니즘과 상호 작용한다. 병진운동 메커니즘과 엘리베이터 조립체는 일체형일 수 있다. 차동 광 스캐닝(differential optical scanning) 조립체는 운반 박스에 위치된 웨이퍼 시료(wafer specimen)의 위치를 탐지한다. 로봇 조립체는 운반 박스로부터 웨이퍼 시료를 빼내고 또한 운반 박스 안으로 삽입한다. 선형 이동 조립체는 로봇 조립체를 지지하며 리드 너트 메커니즘(lead nut mechanism)에 의해 구동되는 리드 스크류(lead screw)를 따라 이동한다.

Description

ＦＩＭＳ 시스템에 구현하는데 적합한 박스 로드 인터페이스 장비{POD LOAD INTERFACE EQUIPMENT ADAPTED FOR IMPLEMENTATION IN A ＦＩＭＳ SYSTEM}
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본 발명은 FIMS(front-opening interface mechanical standard) 시스템 장비에 관한 것이며, 특히, 운반 박스에 포함된 시료(specimen)가 소형-환경(minienvironment)과 개별의 차폐된 시료 운반 시스템 사이에서 이송될 때 운반 박스의 적절한 레지스트레이션(registration) 및 정확하면서 안정적인 위치 설정을 용이하게 하는 FIMS 운반 박스 로드 인터페이스에 관한 것이다.
FIMS를 통합하도록 설계된 시스템은 클린 상태의 반도체 웨이퍼 카세트 운반 박스 또는 포드(pod)를 반도체 처리 장비용의 클린 환경 하우징 또는 다른 클린 환경에 인터페이스 시킴으로써 클린 룸 설비 내부 및 외부에서 반도체 웨이퍼의 취급을 가능케 한다. 시스템의 개념은, FOUP(front-opening unified pod) 또는 카세트 컨테이너 박스 상의 박스 도어를 장비 인클로져 상의 포트 도어(port door)에 맞물리게 하고, 포드 또는 웨이퍼 카세트에 의해 운반되는 반도체 웨이퍼를 외부의 오염에 노출시키지 않으면서 처리 장비의 안으로 그리고 처리 장비로부터 외부로 카세트를 이송시키는 것을 수반한다.
반도체 웨이퍼를 포함하는 카세트의 운반 환경을 제어하도록 의도된 카세트 운반 박스에는 표준 인터페이스가 요구된다. 표준 인터페이스는 재료의 이송을 위한 운반 박스의 적절한 배향을 지정하여, 미립 물질(particulate material)을 제어할 수 있도록 운반 박스와 반도체 처리 장비 환경 사이의 연속성을 유지시킨다. FIMS의 사양은 SEMI(Semiconductor Equipment and Materials International: 반도체 장비 및 재료 국제) 표준의 SEMI E47-, E57-, E62- 및 E63-0298(1996년 - 1998년)에 기재되어 있다.
FIMS 시스템은, 박스와 캐노피(canopy) 내부의 환경이 클린 에어 소스(clean air source)와 함께 소규모의 클린 공간이 될 수 있도록, 반도체 웨이퍼 카세트를 저장하고 운반하는데 사용되는 최소 부피의 밀폐된 전방 개방식 박스와, 반도체 처리 장비의 웨이퍼 처리 영역 위에 위치된 캐노피를 포함한다. 박스는 장비의 정렬 정확도에 영향을 미칠 수 있는 비교적 큰 공차(tolerance)를 특징으로 하는 크기로 그 크기 내에서 서로에 대해 위치되는 레지스트레이션 특징부를 갖는 플라스틱 재료로 만들어진다. 웨이퍼 카세트에 의해 운반되는 웨이퍼가 외부 환경에 오염됨이 없이 밀폐된 박스에 웨이퍼 카세트를 적재하고 밀폐된 박스로부터 웨이퍼 카세트를 내려놓는 동안 정밀한 박스 정렬을 위한 이송 메커니즘의 일부로서 구현된 박스 로 드 인터페이스가 필요하다.
본 발명은 FIMS 시스템에 구현된 박스 로드 인터페이스이다. 박스 로드 인터페이스는, 운반 박스의 박스 도어에 부착될 수 있으며 운반 박스의 박스 커버 쪽으로 또는 박스 커버로부터 멀리 선택적으로 이동시켜서 박스 도어를 열거나 또는 닫을 수 있는 후퇴 가능한 포트 도어(retractable port door)를 포함한다. 포트 플레이트(port plate)는 전방 표면과, 포트 도어가 박스 도어를 박스 커버 쪽으로 또는 박스 커버로부터 멀어지게 이동시킬 때 박스 도어가 통과할 수 있는 포트 플레이트 개구(aperture)를 갖는다. 포트 플레이트에 횡방향으로 배치된 지지 선반에 미끄럼운동 가능하게 장착된 미끄럼 운동식 트레이(slidable tray)는 이 미끄럼 운동식 트레이의 상단 표면(top surface) 상에 위치된 운동학적 커플링 표면(kinematic coupling surface)에 의해 성립되는 소정의 배향으로 운반 박스를 수용한다.
미끄럼 운동식 트레이 위치 설정 메커니즘은 지지 선반 상에서 미끄럼 운동식 트레이를 선택적으로 이동시키며, 그래서 운반 박스를 포트 플레이트 쪽으로 또는 포트 플레이트로부터 멀어지게 이동시킨다. 지지 선반에 장착된 박스 유지 클램핑 메커니즘에 대한 3개의 바람직한 실시예가 있다. 미끄럼 운동식 트레이가 박스 커버의 전방 개구부를 포트 플레이트의 전방 표면으로 밀 수 있도록 포트 플레이트 쪽으로 진행할 때 클램핑 메커니즘을 운반 박스의 하단 표면상에 위치된 전방 클램핑 특징부와 맞물리고 그래서 운동학적 커플링 표면에 대해서 박스 커버에 가압력(urging force)을 가할 수 있도록, 위치 설정 메커니즘은 클램핑 메커니즘의 제 1 실시예에 작동 가능하게 결합된다. 또한 미끄럼 운동식 트레이가 박스 커버를 포트 플레이트의 전방 표면으로부터 멀리 끌어당길 수 있도록 포트 플레이트로부터 후퇴할 때 클램핑 메커니즘을 전방 클램핑 특징부로부터 분리시키고 그래서 운동학적 커플링 표면에 대해서 박스 커버에 작용하는 가압력을 해제시킬 수 있도록, 위치 설정 메커니즘은 클램핑 메커니즘에 작동 가능하게 결합된다.
박스 유지 클램핑 메커니즘은 바람직하게는 지지 선반 상에 선회 가능하게 장착된 피벗 핑거(pivot finger)를 포함하며, 미끄럼 운동식 트레이는 푸시 핀(push pin)을 포함한다. 피벗 핑거는, 미끄럼 운동식 트레이가 운반 박스를 포트 플레이트 쪽으로 이동시키고 그래서 피벗 핑거가 전방 특징부에 맞물리도록 피벗 핑거를 제 1 회전 방향으로 회전시킬 때 및 운반 박스를 포트 플레이트로부터 멀리 이동시키고 그래서 피벗 핑거가 전방 특징부로부터 분리되도록 피벗 핑거를 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향으로 회전시킬 때, 푸시 핀을 수용하며 각이 오프셋된(angularly offset) 제 1 및 제 2 푸시 핀 접촉 표면을 형성하는 리세스 영역(recessed area)을 갖는다. 피벗 핑거는 피벗 핑거가 제 1 회전 방향으로 회전할 때 전방 특징부와 맞물리는 롤러 베어링을 포함한다.
유체 제어하에 작동되는 클램핑 메커니즘은 미끄럼 운동식 트레이의 미끄럼 운동에 의해 작용하는 힘의 부재시에 전방 클램핑 특징부와 맞물리고 또한 분리되도록, 위치 설정 메커니즘과 클램핑 메커니즘의 제 2 및 제 3 실시예 각각은 서로에 대해서 고정된다.
포트 플레이트는 비교적 넓은 정렬 공차 범위 내에서 래치 작동 커플러 메커 니즘과 맞물려 이 래치 작동 커플러 메커니즘을 작동시키기 위한 2개의 유연한 래치 키(latch key)가 돌출하는 표면을 포함하며, 유연한 래치 키에 작동 가능하게 결합된 래칭 모터 메커니즘(latching motor mechanism)은 래치 키를 제 1 각(角) 위치와 제 2 각 위치 사이에서 선택적으로 회전시킨다. 박스 도어 상의 해당 맞물림 특징부의 공차 범위를 수용하고 그래서 맞물림 특징부에 적절한 정렬을 보장하기 위해서, 래치 키는 측방향으로 "요동(wobble)"하도록 설계된다. 포트 도어와 박스 도어가 맞물림 가능 연결 상태에 있을 때, 제 1 각 위치는 포트 도어를 박스 도어에 고정시키며 제 2 각 위치는 포트 도어를 박스 도어로부터 해제시킨다.
2개의 유연한 래치 키의 대안적인 실시예는 박스 도어와 포트 도어가 맞물림 가능 연결 상태에 있을 때 포트 도어에 대해서 정렬 상태로 박스 도어를 안정되게 유지시키기 위해 유체 제어하에 작동하는 래치 키 풀백 메커니즘(latch key pull back mechanism)을 포함한다. 포트 도어 래치 키를 박스 도어 맞물림 특징부에 끼워 넣기 위해 성립된 정렬을 유지시키는 것은 요동하는 래치 키 설계를 수반하는 여유로운 공차 범위로부터 야기되는 박스 도어와 포트 도어 사이의 분리후 정렬 시프트(post-separation alignment shift)가 존재하지 않는 것을 보장한다.
박스 로드 인터페이스 시스템은, 포트 도어를 박스 도어에 부착할 수 있도록 포트 도어를 포트 플레이트 개구 쪽으로 전진 방향으로 진행시키고 그리고 나서 포트 플레이트 개구를 통해서 박스 커버로부터 멀리 역방향으로 포트 도어 및 부착된 박스 도어를 후퇴시키기 위해서 작동 가능하게 결합된 박스 도어 병진운동 메커니즘을 또한 포함한다. 박스 도어가 포트 플레이트 개구를 통해서 박스 커버로부터 멀어지게 이동되고 난 후에 포트 플레이트의 전방 표면에 대체로 평행한 방향으로 포트 도어를 이동시키기 위해서 포트 도어 엘리베이터 조립체가 포트 도어 병진운동 메커니즘과 공동으로 작동한다.
제 1 실시예에서, 포트 도어 병진운동 메커니즘과 포트 도어 엘리베이터 조립체는 별개의 모터 구동 조립체의 조정 제어(coordinated control) 하에 작동하는 독립된 시스템이다. 제 2 실시예에서, 포트 도어 병진운동 메커니즘과 포트 도어 엘리베이터 조립체는 단일 메커니즘으로 통합된다. 단일 메커니즘은 제 1 실시예의 병진운동 메커니즘과 엘리베이터 조립체에 의해 달성되는 것과 동일한 횡방향의 이동 방향으로 포트 도어를 순차적으로 이동시킬 수 있도록 모터 구동식 리드 스크류 메커니즘의 제어하에 작동하는 피벗 링크 구조로 구현된다.
운반 박스는 다수의 웨이퍼 시료가 이격되게 적층 배치로 저장되는 용기를 보유한다. 용기는 개방된 전방측(open front side)을 갖는데, 이 개방된 전방측으로부터 시료가 빼내어지거나 또는 이 개방된 전방측으로 시료가 삽입된다. 박스 로드 인터페이스는 웨이퍼 시료의 위치를 탐지하기 위한 차동 광 스캐닝 조립체를 포함한다. 스캐닝 조립체는 면 기준 평면(facial datum plane)에 평행한 방향으로 웨이퍼 시료를 스캔하는데, 이 면 기준 평면은 웨이퍼 시료를 양분(兩分)하며 웨이퍼 시료가 빼내어지거나 삽입되는 개방된 전방측에 평행한 수직 평면으로 정의된다. 스캐닝 조립체는 카세트 내에서의 웨이퍼 시료의 배향을 결정하기 전에 배출된 웨이퍼 시료의 중심을 잡아 다시 밀어 넣을 수 있도록 작동 가능한 2개의 이격되게, 선회 가능하게 장착된 스캐너 핑거를 포함한다.
운반 박스로부터 웨이퍼 시료를 빼내고 삽입하기 위해서 인접한 포트 플레이트 개구 사이에서 선형 이동 조립체에 의해 로봇 조립체가 지지된다. 선형 이동 조립체는 로봇 조립체를 지지하는 캐리지에 고정된 하우징 내에 포함된 너트 메커니즘을 포함한다. 캐리지는 포트 플레이트 개구 사이에서 리드 스크류를 따라 이동하며, 리드 스크류(lead screw)와 나사 체결되며 벨트와 풀리 장치를 통해 구동 모터에 의해 회전되는 리드 너트(lead nut)를 포함하는 너트 메커니즘에 의해서 구동된다.
본 발명의 다른 목적과 이점은 첨부된 도면을 참조하여 이루어지는 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1과 2는 각각 FIMS 시스템에 사용하기 위한 본 발명의 박스 로드 인터페이스가 설치된 웨이퍼 운반 시스템의 정면 및 배면 사시도.
도 3a 내지 3g는 전방 개방식 웨이퍼 캐리어 박스 및 그 구성요소와 특징부들을 도시하는 다양한 도면.
도 4는 미끄럼 운동식 트레이 위치 설정 메커니즘 구성요소들이 보이도록 상단 커버(top cover)가 생략되어 있는, 인터페이스 시스템 선반에 장착된 미끄럼 운동식 트레이 상에 위치된 전방 개방식 웨이퍼 캐리어 박스의 평면도.
도 5는 도 4에 도시된 바와 같이, 하지만 인터페이스 시스템 선반의 측면 커버가 생략되어 있는, 인터페이스 시스템 상에 위치된 전방 개방식 캐리어 박스의 측면도.
도 6은 캐리어 박스와 전방 커버가 생략되어 있는, 미끄럼 운동식 트레이와 선반의 정면도.
도 7a와 7b는 도 4, 5 및 6에 도시된 캐리어 박스 클램핑 특징부의 평면도 및 측면도.
도 8은 엘리베이터 조립체가 보이도록 박판 금속 커버가 생략되어 있는, 박스 로드 인터페이스의 확대 정면도.
도 9는 도 8의 박스 로드 인터페이스의 좌측면도.
도 10은 래치 키 조립체(latch key assembly)의 분해도이고, 도 11a, 11b 및 11c는 각각 래치 키 조립체의 측면도, 정면도 및 배면도.
도 12는 포트 도어에 장착된 래치 키 모터 메커니즘과 전방 플레이트의 내측 표면상에 장착된 포트 도어 병진운동 메커니즘의 배면도.
도 13은 도 12에 도시된 래치 키 모터 메커니즘과, 웨이퍼 스캐닝 조립체의 위치 설정 메커니즘의 확대 배면도.
도 14와 15는 각각 포트 플레이트에 장착된 웨이퍼 스캐닝 조립체의 평면도 및 측면도.
도 16a와 16b는 두 세트의 광 이미터(light emitter)와 광 센서의 광 빔 경로를 도시하는 다이아그램.
도 17은 도 16a와 16b에 도시된 광 이미터와 센서의 교차 빔 경로에 대한 미끄럼 운동식 트레이 상의 웨이퍼 카세트의 배치(적절하게 레지스터된 반도체 웨이퍼는 점선으로 표시됨)를 정면도로 보여주는 다이아그램.
도 18은 본 발명의 박스 로드 인터페이스 메커니즘의 다양한 구성요소의 동작을 조정하는 중앙 제어 시스템으로부터의 출력 신호와 중앙 제어 시스템으로의 입력 신호를 도시하는 간략화된 블록도.
도 19는 리드 너트 조립체(lead nut assembly)에 장착된 로봇 조립체의 측면도.
도 20은 로봇 조립체의 반대편 단부의 부분 측면도.
도 21은 리드 스크류와 리드 너트 조립체의 평면도.
도 22 내지 24는 각각, 리드 너트 조립체의 좌측 단부에서 본 측면도, 평면도, 및 우측 단부에서 본 측면도.
도 25는 캐리어 박스를 미끄럼 운동식 트레이에 고정시키기 위한 유체 압력 제어식 선회 가능 래치(pivotable latch)의 상부 사시도.
도 26은 캐리어 박스 클램핑 위치에 있는 도 25의 선회 가능 래치의 공기 작동식 메커니즘의 확대 측면도.
도 27은 도 26의 라인 27-27을 따라 취해진 단면도.
도 28은 캐리어 박스를 클램핑 하지 않는 후퇴 위치에 있는 도 25의 선회 가능 래치의 공기 작동식 메커니즘의 확대 측면도.
도 29는 유체 압력 제어식 캐리어 박스 하단 래치 작동 메커니즘의 평면도.
도 30은 도 29의 하단 래치 작동 메커니즘의 래치 키 회전 메커니즘의 횡단면도.
도 31은 도 29의 하단 래치 작동 메커니즘의 래치 키 상승/하강 메커니즘의 확대 횡단면도.
도 32는 도 9와 도 10 및 도 11a 내지 11c의 래치 키 조립체의 변형 형태인 래치 키 풀백 조립체(latch key pull back assembly)를 도시하는, 도 37의 라인 32-32를 따라 취해진 단면도.
도 33은 유체 압력 제어식 래치 키 작동 메커니즘의 배면도.
도 34는 도 33의 라인 34-34를 따라 취해진 단면도.
도 35는 래치 키 작동 메커니즘의 특정한 공기식 제어 구성요소를 도시하는, 도 33의 포트 도어의 횡단면도.
도 36은 도 33의 라인 36-36을 따라 취해진 단면도.
도 37은 도 33의 래치 키 작동 메커니즘의 확대 부분도.
도 38, 39 및 40은 도 8, 9 및 12에 도시된 포트 도어 병진운동 메커니즘과 포트 도어 캐리지 메커니즘의 기능을 통합하는 일체형 구성의 4개의 바(bar)로 이루어진 캐리지 조립체의 측면도(도 38에서는 부분적으로 횡단면도로 도시됨).
도 41은 웨이퍼 운반 시스템의 전방 플레이트의 외측 표면에 장착된 4개의 바로 이루어진 캐리지 조립체의 구성요소의 배열을 도시하는 부분 정면도.
도 42는 도 41에 도시된 Z 캐리지와 링크 캐리지의 우측 표면에 선회 가능하게 부착된 한 쌍의 바 링크(bar link)의 확대 부분 사시도.
도 43과 44는 도 41에 도시된 Z 캐리지와 링크 캐리지의 좌측 표면에 선회 가능하게 부착된 한 쌍의 바 링크를 도시하는 확대 부분 사시도.
도 45는 도 38 내지 44의 4개의 바로 이루어진 캐리지 조립체의 수직/수평 포트 도어 변위 유체 제어 평형 메커니즘의 측면도.
도 1과 2는 두 개의 전방 또는 포트 플레이트(port plate)(14)가 부착되는 조립체 프레임(12)을 갖는 웨이퍼 운반 시스템(10)을 도시한다. 각각의 전방 플레이트(14)는 전방 개방식 반도체 웨이퍼 캐리어 박스(18)를 위한 2개의 실질적으로 동일한 박스 로드 인터페이스 시스템(16) 각각과, 캐리어 박스가 개방되고 난 후에 캐리어 박스(18)에 보관된 웨이퍼에 접근할 수 있도록 위치된 직선 이동 로봇 조립체(20)를 지지한다. 우측의 인터페이스 시스템(16)은 캐리어 박스(18)를 지지하는 미끄럼 운동식 트레이(24)를 갖는 선반(22)을 구비하는 상태로 도시되어 있으며; 좌측의 인터페이스 시스템(16)은 엘리베이터 조립체(28)의 구성요소들이 보이도록 캐리어 박스(18), 선반(22) 및 박판 금속 커버(26)가 없는 부분적으로 분해된 상태로 도시되어 있다.
도 3a 내지 3g는 캐리어 박스(18)와 그 구성요소 및 특징부들을 다양한 도면으로 도시한다.
도 3a는 캐리어 박스(18)의 내부에 있는 300mm 직경의 반도체 웨이퍼를 수용할 수 있도록 이격된 슬롯을 갖는 웨이퍼 카세트(32)가 드러나도록 박스 도어(30)가 생략된 캐리어 박스(18)를 도시한다. 캐리어 박스(18)는 캐리어 박스(18)가 닫혀질 때 박스 도어(30)의 내측 표면(36)의 둘레가 맞닿게 되는 오목한 계단식 내부 측면 테두리(34)를 갖는다.
도 3b와 3c는 각각, 박스 도어(30)가 잠겨지지 않고 박스 도어(30)의 내측 표면(36)이 잠겨지지 않은 상태로 닫혀진 캐리어 박스(18)를 도시하며; 도 3d와 3e 각각은, 박스 도어(30)가 잠겨지고 박스 도어(30)의 내측 표면(36)이 잠겨진 상태로 닫혀진 캐리어 박스(18)를 도시한다. 도 3c는 로킹 슬랫(38)의 단부 탭(end tab)(40)이 박스 도어(30)의 내측의 내부에서 유지되도록 완전히 후퇴된 4개의 로킹 슬랫(38)을 도시하며, 도 3e는 로킹 슬랫(38)의 단부 탭(40)이 박스 도어(30)의 상단 및 하단 측면 테두리 밖으로 돌출하도록 완전히 신장된 로킹 슬랫(38)을 도시한다.
도 3b는 박스 도어(30)가 잠겨지지 않은 상태일 때 오목한 측면 테두리(34)의 최외측 부분(outermost portion)에 위치한 슬롯(42)의 외부에 위치된 단부 탭(40)을 도시하며, 도 3d는 박스 도어(30)가 제 위치에서 잠겨질 때 슬롯(42)에 끼워진 단부 탭(40)을 도시한다. 도 3b와 3d는 FIMS 박스 도어의 SEMI 사양에 요구되는 2개의 로케이터 핀 오목부(locator pin depression)(44)와 2개의 박스 록 작동 메커니즘 슬롯(box lock actuating mechanism slot)(46)을 또한 도시한다.
도 3f와 3g는 각각, 전방 개방식 캐리어 박스(18)의 하단 표면(48)과 하단 표면(48) 상의 박스 전방 유지 특징부 또는 클램핑 특징부(50)를 도시한다. 도 3f는 미끄럼 운동식 트레이(24) 상의 제 위치에 캐리어 박스(18)를 고정시키기 위한 박스 전방 유지 특징부(50)의 대안이 되는, 중앙 유지 특징부(52)를 또한 도시한다. 선호되는 박스(18)로는 미네소타, 채스카(Chaska) 소재의 Integris, Inc. 사(社)에 의해 제작되는 모델 F300 웨이퍼 캐리어가 있다. 도 3f를 참조하면, 박스(18)는 그 하단 표면(48)상에 SEMI E47.1(1998년 3월 5일)에 의해서 요구되는 5개의 캐리어 감지 패드(carrier sensing pad)(54), 2개의 진행 박스 감지 패드(56), 캐리어 용량(웨이퍼의 수) 감지 패드(58), 박스 또는 카세트 정보 패드(60), 및 라인 전단부(FEOL: front end of line)와 라인 후단부(BEOL: back end of line) 각각에 하나씩 있는 정보 패드(62)를 갖는다. {도 25와 도 29는 박스(18)의 하단 표면(48)상의 패드(58, 60 및 62)의 지점에 상응하는 미끄럼 운동식 트레이(24)상의 4개의 지점(63)을 도시한다. 도 25는 2개의 트레이 정보 패드(62) 중 하나에 상응하는 지점(63)에 위치된 록아웃 핀(lockout pin)(63p)을 도시한다.} 하단 표면(48)에 있는 3개의 장방형(oblong)의 안쪽으로 경사진 오목부는 박스(18)가 적절히 설치될 때 미끄럼 운동식 트레이(24) 상의 상응하는 지점에 고정된 운동학적 커플링 핀(kinematic coupling pin)(66)(도 4 참조)과 맞물리는 운동학적 핀 수용 특징부(64)를 형성한다. 운동학적 커플링 핀(66)은 바람직하게는, 심(shim)이 운동학적 커플링 핀(66)의 높이 조절구(height adjustment)로 사용될 수 있고 그래서 박스(18)의 적절한 정렬을 용이하게 할 수 있도록, 미끄럼 운동식 트레이(24)에 있는 나사부가 형성된 구멍과 맞물리는 나사부가 형성된 스템부(stem portion)를 갖는다. 박스(18)가 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에 적절한 정렬 상태로 위치될 때, 감지 패드(54와 58)와 정보 패드(60과 62)는 미끄럼 운동식 트레이(24) 상의 상응하는 위치에 장착된 스위치와 접촉하며, 진행 박스 감지 패드(56)는 선반(22) 상의 상응하는 위치에 장착된 스위치에 접촉한다.
도 3f와 3g를 참조하면, 경사 표면(72)을 갖는 돌출부(70)에 의해서 일부가 덮여지는 오목부(68)는 전방 유지 또는 클램핑 특징부(50)를 형성한다. 경사 표면(72)은 트레이(24)가 박스(18)를 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78)에 고정된 포트 도어(76)(도 4, 도 5, 도 8, 도 9, 도 12 및 도 13)와 맞물려지도록 전방 플레이트(14)에 있는 개구(74) 쪽으로 미끄럼 운동시킬 때 휠 또는 롤러가 구름 운동을 할 수 있는 경사로(ramp)를 제공한다.
도 4, 도 5, 도 6, 도 7a 및 도 7b는 미끄럼 운동식 트레이 위치 설정 메커니즘(88)의 동작을 나타낼 수 있도록 일부가 점선으로 도시되는 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에 배치된 캐리어 박스(18)를 도시한다. 특히 도 4와 도 6을 참조하면, 미끄럼 운동식 트레이(24)는 볼트(94)에 의해 2개의 U 형상의 가이드 레일(92)이 고정되는 하단 표면(90)을 갖는다. 가이드 레일(92)은 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)에 수직한 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)의 측면 테두리 근처까지 뻗어있다. 트레이 위치 설정 메커니즘(88)의 작동에 응답하여 미끄럼 운동식 트레이(24)가 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96) 쪽으로 그리고 외측 표면(96)으로부터 멀어지는 방향으로 이동할 수 있도록, 2개의 가이드 트랙(98)이 가이드 레일(92)을 수용할 수 있는 위치에서 선반(22)에 볼트로 고정된다.
트레이 위치 설정 메커니즘(88)은 선반(22)에 장착되며 트레이 모터(100)를 포함하는데, 이 트레이 모터(100)로부터 너트 조립체(108)를 관통하는 리드 스크류(106)를 회전시킬 수 있도록 샤프트(102)에 작동적으로 결합된 커플러(coupler)(104)까지 샤프트(102)가 뻗어있다. 리드 스크류(106)는 축(110)을 가지며, 근접 단부에서는 테일 베어링(tail bearing)(112) 내에서 그리고 말단부(distal end)에서는 프리로드 베어링(preloaded bearing)(114) 내에서 지지 된다. 너트 조립체(108)는 리드 스크류의 축(110)을 따르는 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)를 이동시킬 수 있도록 미끄럼 운동식 트레이(24)의 하단 표면(90)에 고정된다.
미끄럼 운동식 트레이(24)는 원통형 롤러 베어링(126)을 구비한 푸시 핀(push pin)(124)을 두 지지 부재의 단부에서 유지시킬 수 있도록 트레이의 하단 표면(90)에 평행한 방향으로 2개의 지지 부재(122)가 삽입되는 개방 영역(120)을 그 하단측에 갖는다. 선회 가능 래치(130)의 제 1 실시예는 선반(22)으로부터 수직으로 돌출하여 트레이(24)의 개방 영역(120)을 관통하는 피벗 장착 블록(pivot mounting block)(136) 사이에서 지지되는 피벗 핀(134)에 장착된 클램핑 핑거(clamping finger)(132)를 포함한다. 클램핑 핑거(132)는 서로 소정 각도 오프셋(offset)된 제 1 접촉 표면(140)과 제 2 접촉 표면(142)을 형성하는 리세스 영역(138)과, 원통형 롤러 베어링(146)이 장착되는 훅 단부(hooked end)(144)를 갖는다. 아래의 작동 순서에 따라 각각, 클램핑 특징부(50)가 클램핑 핑거(132)의 훅 단부(144)와 맞물려지고 클램핑 특징부(50)가 클램핑 핑거(132)의 훅 단부(144)로부터 분리될 수 있도록, 푸시 핀(124)은 미끄럼 운동식 트레이(24)가 트레이 위치 설정 메커니즘(88)의 작동에 응답하여 이동함에 따라 제 1 및 제 2 접촉 표면(140과 142)과 접촉할 수 있는 위치에 배치된다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 맞물려질 수 있도록 캐리어 박스(18)가 전방 플레이트(14)에 대해서 위치될 때마다, 트레이 모터(100)는 너트 조립체(108)를 전진시키고 그래서 선반(22)을 따라 전방 플레이트(14)를 향하는 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)를 병진운동시킬 수 있게 제 1 리드 스크류 회전 방향으로 리드 스크류(106)를 회전시킨다. 미끄럼 운동식 트레이(24)의 이러한 이동은 롤러 베어링(126)이 제 1 접촉 표면(140)에 접촉하게 하며, 그 결과 클램핑 핑거(132)가 피벗 핀(134)을 중심으로 회전하게 한다. 미끄럼 운동식 트레이(24)가 전방 플레이트(14) 쪽으로 계속 전진함에 따라, 훅 단부(144)가 경사 표면(72)을 굴러 올라가서 박스 클램핑 특징부(50) 내에 끼워지고 롤러 베어링(126)이 리세스 영역(138) 내에 끼워지도록 클램핑 핑거(132)는 제 1 클램핑 핑거 회전 방향으로 계속해서 회전한다. 롤러 베어링(126), 피벗 핀(134), 및 전방 플레이트(14) 사이의 이격 거리는, 훅 단부(144)가 클램핑 특징부(50)와 완전히 맞물려질 때 박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 맞물리고 캐리어 박스(18)의 전방 측면 테두리(148)(도 3a 참조)가 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)과 밀폐 관계에 있도록 설정된다. 클램핑 특징부(50)의 완전한 맞물림은 포트 도어(76)로부터 뻗어있는 래치 키(150)가 박스 도어(30)의 잠금 상태를 해제하여 분리시킬 때 박스 도어가 배출되지 않도록 캐리어 박스(18)를 운동학적 커플링 핀(66)에 대해서 가압한다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)로부터 분리되어 캐리어 박스(18)를 밀폐하고 난 후에 캐리어 박스(18)가 전방 플레이트(14)로부터 후퇴될 때마다, 트레이 모터(100)는 너트 조립체(108)를 후퇴시키고 그래서 선반(22)을 따라 전방 플레이트(14)로부터 멀어지는 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)를 병진운동시킬 수 있게 제 1 리드 스크류 회전 방향에 반대인 제 2 리드 스크류 회전 방향으로 리드 스크류(106)를 회전시킨다. 미끄럼 운동식 트레이(24)의 이러한 이동은 롤러 베어링(126)이 리세스 영역(138)으로부터 빠져 나오게 하여 제 2 접촉 표면(142)과 접촉하게 하며, 그 결과 클램핑 핑거(132)가 피벗 핀(134)을 중심으로 회전하게 한다. 미끄럼 운동식 트레이(24)가 전방 플레이트(14)로부터 계속해서 후퇴함에 따라, 클램핑 핑거의 훅 단부(144)가 경사 표면(72)을 굴러 내려와서 박스 클램핑 특징부(50)로부터 분리될 수 있도록, 클램핑 핑거(132)는 제 1 클램핑 핑거 회전 방향에 반대인 제 2 클램핑 핑거 회전 방향으로 계속 회전한다. 클램핑 특징부(50)의 완전한 분리는 캐리어 박스(18)와 그 내용물{도 4에는 하나의 반도체 웨이퍼(152)가 도시됨)이 미끄럼 운동식 트레이(24)로부터 분리될 수 있도록 운동학적 커플링 핀(66)에 대해서 캐리어 박스(18)에 작용하는 가압력(urging force)을 해제시킨다.
선회 가능 래치(153)의 제 2 실시예가 도 25 내지 28에 도시되어 있다. 선회 가능 래치(130)와 달리, 선회 가능 래치(153)는 {선반(22) 상에서 지지되는 대신에} 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에서 지지되면서, 미끄럼 운동식 트레이(24)가 가이드 레일(92)을 따라 미끄럼 운동을 할 때 푸시 핀(124) 대신에, 공기 실린더(154)에 의해서 작동된다.
특히 도 25와 도 27을 참조하면, 선회 가능 래치(153)는 미끄럼 운동식 트레이(24)로부터 수직으로 돌출한 직사각형의 내측 개방 장착 블록(156)의 측벽들(156a와 156b) 사이에 고정된 피벗 핀(134')에 장착된 클램핑 핑거(155)를 포함한다. 클램핑 핑거(155)는 리세스 영역(138)이 생략된 것을 제외하면, 클램핑 핑거(132)의 구성과 유사한 구성을 갖는다. 클램핑 핑거(132)의 구성요소에 상응하는 클램핑 핑거(155)의 구성요소는 프라임 기호(')가 붙은 동일한 참조 번호로 지정되어 있다. 클램핑 핑거(155)는 원통형 롤러 베어링(146')이 장착되는 훅 단부(144')와, 피벗 핀(134')으로부터 오프셋되어 있으며 클램핑 핑거(155)의 일측으로부터 돌출한 구동 피벗 핀(drive pivot pin)(155d)을 갖는다. 훅 단부(144')가 박스 클램핑 특징부(50)에, 각각 맞물려지고 분리될 때, 훅 단부(144')가 측벽(156a와 156b)의 상단 표면에 의해 한정되는 내부 공간의 밖으로 상향 돌출되고 또한 내부 공간 안으로 후퇴될 수 있도록, 클램핑 핑거(155)는 장착 블록(156)의 내부 공간 내에서 선회 운동을 한다. 도 28은 최대 상향 위치(점선으로 표시됨)와 하향 위치(실선으로 표시됨)에 있는 클램핑 핑거(155)를 도시한다.
특히 도 26과 도 28을 참조하면, 선회 가능 래치(153)는 제 1 또는 상단 구동 링크(157)와 제 2 또는 하단 구동 링크(158)를 포함한다. 상단 구동 링크(157)는 구동 피벗 핀(155d)에 선회 가능하게 결합된 상단부(157u)를 가지며, 하단 구동 링크(158)는 내부 측벽(156b)에 고정된 정지 피벗 핀(155s)에 선회 가능하게 결합된 하단부(158ℓ)를 갖는다. 각각의 상단 및 하단 구동 링크(157과 158)의 하단부(157ℓ)와 상단부(158u)는 공기 실린더(154)의 신장 가능한 로드(154r)의 말단부에 고정된 공통 피벗 핀(155c)에 선회 가능하게 결합된다. 공기 실린더(154)는 몸체부(154b)를 구비하는데, 이 몸체부(154b)의 안으로 그리고 이 몸체부로부터 밖으로 신장 가능한 로드(154r)가 이동하며 이 몸체부는 미끄럼 운동식 트레이(24)에 고정된다. 구동 피벗 핀(155d)과 공통 피벗 핀(155c)은 신장 가능한 로드(154r)가 그 완전히 신장된 위치와 완전히 후퇴된 위치 사이에서 이동함에 따라 도 26과 도 28에 도시된 그 각각의 위치 사이에서 이동한다. 공기 실린더의 몸체부(154b)는, 아래의 작동 순서에 따라 각각 클램핑 특징부(50)가 클램핑 핑거(155)의 훅 단부(144')와 맞물려지고 클램핑 특징부(50)가 클램핑 핑거(155)의 훅 단부(144')로부터 분리될 수 있도록, 절환 가능한 가스 유동 밸브에 의해서 공급되는 가압 가스를 가스 도관(gas conduit)이 선택적으로 공급하는 실린더 로드 신장 가스 입구(154ei)와 실린더 로드 후퇴 가스 입구(154ri)를 포함한다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 맞물려지도록 캐리어 박스(18)가 전방 플레이트(14)에 대해서 위치될 때마다, 사용자는 소프트웨어 제어를 통해서 솔레노이드 밸브(159)를 작동하며, 이 솔레노이드 밸브는 그에 따라 가압 가스를 실린더 로드 신장 가스 입구(154ei)로 공급하며, 그 결과, 클램핑 핑거(155)가 피벗 핀(134')을 중심으로 회전하게 한다. 신장 가능한 로드(154r)가 몸체부(154b)로부터 그 신장 길이를 증가시킴에 따라, 클램핑 위치(도 26 참조)에서 확실한 잠금 동작을 보장하는 오버-센터 정렬(over-center alignment)을 이루는 둔각의 내각(內角)을 상단 링크(157)와 하단 링크(158)가 그 사이에 형성하도록 후크 단부(144')가 경사 표면(72)을 굴러 올라가서 클램핑 특징부(50) 내에 끼워지도록, 클램핑 핑거(155)는 제 1 클램핑 핑거 회전 방향(반시계방향)으로 계속 회전한다. 최대 신장 상태의 신장 가능한 로드(154r)의 공통 피벗 핀(155c)과, 피벗 핀(134'), 및 전방 플레이트(14) 사이의 이격 거리는, 훅 단부(144')가 클램핑 특징부(50)와 완전히 맞물려질 때 박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 맞물리고 캐리어 박스(18)의 전방 측면 테두리(148)(도 3a 참조)가 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)과 밀폐 관계에 있도록 설정된다. 클램핑 특징부(50)의 완전한 맞물림은 포트 도어(76)로부터 뻗어있는 래치 키(150)가 박스 도어(30)의 잠금 상태를 해제하여 분리시킬 때 박스 도어가 배출되지 않도록 캐리어 박스(18)를 운동학적 커플링 핀(66)에 대해서 가압한다. 그리고 나서, 트레이 모터(100)는 너트 조립체(108)를 전진시키고 그래서 선반(22)을 따라 전방 플레이트(14)를 향하는 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)를 병진운동시킬 수 있게 제 1 리드 스크류 회전 방향으로 리드 스크류(106)를 회전시킨다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)로부터 분리되어 캐리어 박스(18)를 밀폐하고 난 후에 캐리어 박스(18)가 전방 플레이트(14)로부터 후퇴될 때마다, 트레이 모터(100)는 너트 조립체(108)를 후퇴시키고 그래서 선반(22)을 따라 전방 플레이트(14)로부터 멀어지는 방향으로 미끄럼 운동식 트레이(24)를 병진운동시킬 수 있게 제 1 리드 스크류 회전 방향에 반대인 제 2 리드 스크류 회전 방향으로 리드 스크류(106)를 회전시킨다. 캐리어 박스(18)가 그 최대 후퇴 위치에 도달하고 나면, 사용자는 다시금 소프트웨어 제어를 통해서 솔레노이드 밸브(159)를 작동시키며, 이 솔레노이드 밸브는 그에 따라 가압 가스를 실린더 로드 후퇴 가스 입구(154ri)로 공급하며, 그 결과, 클램핑 핑거(155)가 피벗 핀(134')을 중심으로 회전하게 한다. 신장 가능한 로드(154r)가 몸체부(154b)로부터 그 신장 길이를 감소시킴에 따라, 클램핑 핑거(155)의 후크 단부(144')가 경사 표면(72)을 굴러 내려와서 박스 클램핑 특징부(50)로부터 분리될 수 있도록 클램핑 핑거(155)는 (시계방향의) 제 1 클램핑 핑거 회전 방향에 반대인 제 2 클램핑 핑거 회전 방향으로 계속 회전한다. 클램핑 특징부(50)의 완전한 분리는 캐리어 박스(18)와 그 내용물{도 4에는 하나의 반도체 웨이퍼(152)가 도시됨)이 미끄럼 운동식 트레이(24)로부터 분리될 수 있도록 운동학적 커플링 핀(66)에 대해서 캐리어 박스(18)에 작용하는 가압력을 해제시킨다.
유체 압력 제어식 하단 래치 작동 메커니즘(900)의 제 3 실시예가 도 29, 도 30 및 도 31에 도시되어 있다. 하단 래치 작동 메커니즘(900)은 캐리어 박스(18)의 중앙 유지 특징부(52)(도 3f 참조)를 래치 고정시키고 또한 래치 해제시키며 그래서 캐리어 박스(18)를 미끄럼 운동식 트레이(24)에 유지시키고 또한 캐리어 박스(18)를 미끄럼 운동식 트레이(24)로부터 해제시킬 수 있게 제 1 및 제 2 각 위치(angular position) 사이에서 하단 래치 키(902)를 회전시킨다. 캐리어 박스의 하단 표면(48)에 형성된 중앙 유지 특징부(52)는 하나의 각 위치에 삽입된 래치 키를 수용할 수 있으며 다른 각 위치에 삽입된 래치 키를 유지시킬 수 있는 충분한 크기의 슬롯 개구를 갖는 상부편(上部片)에 의해 덮여지는 리세스 영역을 포함한다. 선회 가능 래치(153)와 마찬가지로, 하단 래치 작동 메커니즘(900)은 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에서 지지되지만; 선회 가능 래치(153)와 달리, 하단 래치 작동 메커니즘(900)은 박스 클램핑 특징부(50)와 맞물려지는 클램핑 핑거를 갖는 선회 가능 래치를 포함하지 않는다. 도 29에 도시된 바와 같이, 하단 래치 작동 메커니즘(900)은 미끄럼 운동식 트레이(24)의 내측 하단 표면(901) 상의 리세스 영역 내에 끼워 맞춰진다. 하단 래치 작동 메커니즘(900)은 래치 키 회전 메커니즘(904)과 래치 키 상승/하강 메커니즘(906)을 포함한다.
래치 키 회전 메커니즘(904)은 타이밍 벨트(timing belt)(916)의 서로 다른 자유단에 결합된 각각의 신장 가능한 로드(912와 914)를 갖는 두 개의 공기 실린더(908과 910)로 이루어진다. 타이밍 벨트(916)는 래치 키(902)가 부착된 타이밍 풀리(918)에 맞물린다. 공기 실린더(908과 910)는 공통 하우징(920) 내에 포함되며, 이 공통 하우징은 볼트 또는 다른 패스너에 의해서 미끄럼 운동식 트레이(24)에 고정된다. 솔레노이드 밸브(922와 924)는, 타이밍 풀리(918)를 회전시키고 그래서 바람직하게는 90°만큼 각이 이격된 제 1 및 제 2 각 위치 사이에서 래치 키(902)를 회전시킬 수 있도록 밀고 당김 방식(push-pull fashion)으로 공기 실린더(908과 910)를 작동시킬 수 있게, 각각의 공기 실린더(908과 910)의 가스 입구 포트(926과 927)로 가압 가스를 공급한다. 도 29는 개방(래치 고정되지 않은) 위치에 있는 래치 키(902)를 도시한다.
도 30에 도시된 바와 같이, 래치 키 상승/하강 메커니즘(906)은 공기식 다각형 피스톤(928)으로 구성되며, 이 다각형 피스톤(928)의 외측 표면은 바람직하게는 타이밍 풀리(918)의 상보적인 내측 표면 특징부에 맞물리는 8각형 형상을 갖는다. {도 29에서 각각의 솔레노이드 밸브(922와 924) 아래에 위치된} 솔레노이드 밸브(930과 932)는 다각형 피스톤(928)을 선택적으로 상승 및 하강시키고 그래서 래치 키(902)를 상승 및 하강시킬 수 있도록 입구 하우징(inlet housing)(938)에 장착된 각각의 가스 입구/출구 포트(934와 936)로 가압 가스를 공급한다. 중앙 제어 시스템(349)은, 래치 키(902)가 중앙 유지 특징부(52) 내에 존재할 때 래치 키(902)를 제 1 (래치 고정된) 각 위치와 제 2 (래치 해제된) 각 위치 사이에서 회전시키고 래치 키(902)를 중앙 유지 특징부(52) 안으로 삽입하거나 또는 래치 키(902)를 중앙 유지 특징부(52)로부터 빼내기 위해서 래치 키(902)를 그 제 2 (래치 해제된) 각 위치로 회전시킬 수 있도록, 솔레노이드 밸브(922, 924, 930 및 932)의 작동을 조정한다. 하부 위치에 있는 래치 키(902)는, 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에 캐리어 박스(18)가 초기 위치 설정되는 동안 대략 10㎜의 캐리어 박스(18)의 측면과 측면 사이의 오정렬 공차(side-to-side misalignment tolerance)를 수용할 수 있는 틈새를 제공할 수 있도록 충분히 낮게 설정된다.
도 30은 래치 키 회전 메커니즘(904)의 횡단면도이다. 도 30을 참조하면, 공기 실린더(908과 910)는 (아래에 언급되는 한 가지를 제외하면) 동일한 구조적인 설계로 이루어지며; 그래서, 이들 공기 실린더의 구성요소 및 구성에 대한 이하의 설명은 공기 실린더(908)에 대해서만 이루어질 것이다. 공기 실린더(908)는 일 단부에서는 부싱(bushing)(942)에 의해 둘러싸이며 타단부에서는 단부 캡(end cap)(944)에 의해서 둘러싸이는 내부 챔버(940)를 포함한다. 피스톤(946)은 신장 가능한 로드(912)의 내측 단부를 밀며, 신장 가능한 로드(912)의 자유단은 부싱(942)을 통해서 내부 챔버(940) 내의 피스톤(946)의 위치에 의해 결정되는 신장 길이만큼 내부 챔버(940)의 외부로 신장된다. 비교적 큰 스프링 상수를 가지며 공기 실린더(908)의 부싱(942)과 피스톤(946) 사이에 위치되는 리턴 코일 스프링(948s)은 가압 가스의 부재(不在)시에 신장 가능한 로드(912)를 내부 챔버(940) 안으로 후퇴되게 편향시킨다. 비교적 작은 스프링 상수를 가지며 공기 실린더(910)의 부싱(942)과 피스톤(946) 사이에 위치되는 리턴 코일 스프링(948w)은, 가압 가스의 부재시에 중앙 유지 특징부(52)로부터 래치 키(902)를 래치 해제시킬 수 있도록 공기 실린더(908)의 신장 가능한 로드(912)가 그 최대 후퇴 위치에 있을 때 타이밍 벨트(916)의 이완측을 잡아당긴다. 피스톤(946)의 리세스 내에 끼워진 범퍼(950)는 로킹 플레이트(956)에 의해서 단부 캡(944)에 고정된 조절 스크류(954)의 단부(952)에 밀착된다. 조절 스크류(954)는 리턴 코일 스프링(948s)에 의해 피스톤(946)에 작용하는 힘에 응답하여 신장 가능한 로드(912)의 자유단의 최소 신장 길이를 설정한다.
도 31은 상승 위치(실선)와 하강 위치(점선)에 있는 하단 래치 키(902)를 도시하는 래치 키 상승/하강 메커니즘(906)의 횡단면도이다. 도 31을 참조하면, 래치 키(902)는, 부분적으로 8각형 형상이며 다각형 피스톤(928)의 길이를 따라 뻗어있는 중앙 개구(961) 내에서 각각 리테이너 링(966과 968)에 의해서 적소에 유지되는 상부 부싱(962)과 하부 부싱(964)에 의해서 지지되는 샤프트(960)를 포함한다. 샤프트(960)는 리테이너 링(970)에 의해서 다각형 피스톤(928)에 고정된다. 다각형 피스톤(928)은 각각의 리테이너 링(966과 968)의 내측면에 대해서 위치된 원형의 이동 단부 쿠션(974와 976) 사이에서 중앙 개구(961) 내에 형성된 공동부(cavity)(972) 내에서 샤프트(960)의 길이 방향으로 이동한다. 가스 입구/출구 포트(934와 936)를 통해 공동부(972) 안으로 주입되는 가압 가스는 아래에 설명되는 방식으로 다각형 피스톤(928)을 이동시킨다.
다각형 피스톤(928)의 외측 표면에 있는 리세스 내에 끼우진 실(seal)(978)과 샤프트(960)와 다각형 피스톤(928) 사이에 위치된 실(980)은 다각형 피스톤(928)의 상부면(928u) 또는 하부면(928ℓ) 상에서 공동부(972) 영역이 기밀(氣密) 상태로 분리되는 것을 보장한다. 타이밍 풀리(918)와 상부 부싱(962) 사이 및 가스 입구 하우징(938)과 하부 부싱(964) 사이의 실(982)은 공동부(972)가 기밀 상태로 유지되는 것을 보장한다.
도 29, 도 30 및 도 31을 참조하면, 래치 키 회전 메커니즘(904)은 공기 실린더(908과 910)의 가스 입구 포트(926과 927)로 가압 가스를 교대로 공급함으로써 래치 키(902)를 제 1 (래치 고정된) 각 위치와 제 2 (래치 해제된) 각 위치 사이에서 회전시킨다. 가압 가스의 공급에 응답하여 신장 가능한 로드(912와 914)는 교대로 각각의 공기 실린더(908과 910)로부터 신장되고 각각의 공기 실린더(908과 910) 안으로 후퇴되며, 그래서 타이밍 벨트(916)에 왕복 운동을 부여하게 된다. 미끄럼 운동식 트레이(24)에 고정된 상부 베어링 조립체(986)와 하부 베어링 조립체(988)에 회전 가능하게 저널(journal) 결합된 타이밍 풀리(918)는 타이밍 벨트(916)의 왕복 운동에 응답하여 제 1 및 제 2 각 위치 사이에서 정?역회전을 한다. 타이밍 벨트(916)에 틈새를 제공할 수 있도록 하부 베어링 조립체(988)는 상부 베어링 조립체(986)보다 샤프트(960)에 더 가까이 위치된다. 내측 클램프(990)와 외측 클램프(992)는 상부 베어링 조립체(986)를 미끄럼 운동식 트레이(24) 내에서 유지시키며 그래서 래치 키(902)와 결부된 이동 가능 구성요소를 미끄럼 운동식 트레이(24) 내에 포함한다. 샤프트(960)와 상부 부싱(962) 사이에 위치된 로터리 실(rotary seal)(994)은 공동부(972)의 상단부에 기밀 실(gas tight seal)을 형성한다. 샤프트(960)와 하부 부싱(964) 사이 및 입구 하우징(938)과 타이밍 풀리(918) 사이에 위치된 로터리 실(994)은 공동부(972)의 하단부에 기밀 실을 형성한다.
도 31을 참조하면, 래치 키 상승/하강 메커니즘(906)은 다각형 피스톤(928)의 상부면(928u) 또는 하부면(928ℓ)으로 가압 가스를 교대로 공급함으로써 래치 키(902)를 상승 및 하강시킨다. 솔레노이드 밸브(930과 932)는 입구 하우징(938)의 가스 입구/출구 포트(934와 936)로 가압 가스를 공급한다. 입구 포트(934)는 다각형 피스톤(928)의 하부면(928ℓ)에 가압 가스를 공급할 수 있도록 입구 하우징(938) 내의 내부 통로(996)에 연결된다. 입구 포트(936)는 다각형 피스톤(928)의 상부면(928u)에 가압 가스를 공급할 수 있도록, 샤프트(960)의 길이를 따라 뚫어져 있으며 샤프트(960)를 통과하는 횡방향 구멍(999)에서 끝나는 구멍(998)과 통하는, 입구 하우징(938) 내의 하부 부싱(964) 아래의 내부 통로(997)에 연결된다.
다각형 피스톤(928)은 가압 가스의 순차적인 공급에 응답하여 공동부(972) 내에서 교호적인 상승 및 하강 운동을 하며, 그래서 상응하는 래치 키(902)의 상승 및 하강 운동을 하게 하는데, 래치 키의 샤프트(960)는 리테이너 링(970)에 의해 다각형 피스톤(928)에 부착되어 있다. 당업자는 입구 포트(934와 936) 중 하나가 가압 가스를 공동부(972)로 공급할 때 다른 하나는 (그 하나의 입구 포트에 대해서) 배기(排氣) 포트의 기능을 한다는 것을 알 것이다.
각각, 래치 고정된 각(角) 위치 또는 래치 해제된 각 위치 혹은 상승 또는 하강 위치에 있는 래치 키(902)를 탐지할 수 있도록, 이동 섹터 제어 단부 스위치로 사용되는 광 인터럽터 디바이스(248과 249)와 유사한 유형의 광 인터럽터 디바이스가 래치 키 회전 메커니즘(904) 또는 래치 키 상승/하강 메커니즘(906)에 구현될 수 있다.
도 8과 9는 각각, 포트 도어(76)가 전방 플레이트(14)의 개구(74)와 정렬되어 그 내부에 끼워질 수 있는 최대 상승 위치에 있을 때 포트 도어(76)와 다른 시스템 구성요소 사이의 공간상의 관계를 보여주는 박스 로드 인터페이스 시스템(16)의 정면도 및 측면도이다. 도 8을 참조하면, 포트 도어(76)는 트레이 위치 설정 메커니즘(88)의 작동에 의해 박스 도어(30)와 포트 도어(76)가 접촉하게 될 때 박스 도어(30)에 있는 로케이터 핀 오목부(44)(도 3b와 3d 참조)와 맞물릴 수 있도록 2개의 로케이팅 핀(locating pin)(162)이 위치되는 정면 표면(160)을 갖는다. 박스 도어(30)와 포트 도어(76)가 맞물림 가능 연결 상태에 있을 때 박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 적절히 레지스터되었음을 나타내는 전기 신호를 제공할 수 있도록 각각의 로케이팅 핀(162)의 아래에 선택적으로 박스 존재 스위치(164)가 위치될 수 있다. 2개의 포드 도어 래치 키 조립체(166)가 포트 도어(76) 내에 회전 가능하게 위치된다. 래치 키 조립체(166)는 박스 도어의 래칭 메커니즘을 작동시킬 수 있게 박스 도어(30)에 있는 공간적으로 정렬된 슬롯(46)(도 3b와 3d 참조)에 끼워지도록 전방 표면(160)을 통과하여 뻗어있는 측방향으로 유연한 래치 키(150)를 포함한다.
도 10은 래치 키 조립체(166)의 분해도이며, 도 11a, 11b 및 11c는 각각 래치 키 조립체(166)의 (부분적으로 단면도인)측면도, 정면도, 및 배면도이다. 도 10, 도 11a 및 도 11c를 참조하면, 래치 키 조립체(166)는 포트 도어(76) 내에서 전방 표면(160)의 뒤에 위치되는 래치 키 모터 메커니즘(172)(도 12와 13) 또는 유체 압력 제어식 래치 키 작동 메커니즘(242)(도 33 내지 37)의 구성요소 내에 끼워 맞춰지거나 카운터보어 볼트 구멍(170)을 관통하는 볼트에 의해서 고정되는 래치 키 하우징(168)을 포함한다. 래치 키 하우징(168)은 넥부(neck portion)(174) 및 더 큰 직경의 베이스부(176)를 갖는 원통 형상이다. 래치 키 몸체(178)는 일렬로 결합된 서로 다른 직경의 원통부(180, 182, 및 184)를 포함하는 샤프트에 연결되며 일 단부에 위치된 래치 키(150)를 갖는다. 원통부(184)는 그 단부 사이에 위치된 육각형 섹션(186)을 갖는다. 래치 키 하우징(168)은, 래치 키 몸체(178)를 수용하며 육각형 섹션(186)의 형상에 상보적인 형상으로 육각형 섹션(186)의 길이와 동일한 길이를 갖는 육각형 섹션(190)을 포함하는 중앙에 위치된 계단식 보어(188)를 갖는다. 넥부(174)와 원통부(180)는 서로 접하도록 동일한 직경으로 이루어지며, 래치 키 하우징(168) 내에서 래치 키 몸체(178)의 측방향 운동을 허용할 수 있도록 육각형 섹션(190)의 폭(즉, 대향 측면 사이의 거리)은 육각형 섹션(186)의 폭(즉, 대향 면 사이의 거리)보다 조금 더 크다. 래치 키 하우징(168)에 있는 카운터보어 영역(194) 내에 끼워진 코일 스프링(192)과 원통부(184)에 있는 환형(環形) 리세스(198) 둘레에 끼워진 클립 링(clip ring)(196)은 래치 키 조립체(166)를 함께 단일체로 유지시킨다.
래치 키 하우징(168)과 래치 키 몸체(178)에는 이들 사이에 상호 회전을 방지할 수 있도록 각각 상보적인 육각형 섹션(190과 186)이 제공된다. 두 래치 키 조립체(166)는 박스 도어(30)를 개폐시킬 수 있도록 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 회전된다. 육각형 섹션(190과 186)의 폭은, 박스 도어(30)에 있는 해당 슬 롯(46)의 공차 범위를 수용하고 그래서 박스 도어(30)에 대한 적절한 정렬을 보장할 수 있게 측방향으로 "요동(wobble)"할 수 있는 유연한 래치 키(150)를 형성할 수 있도록 조금 다르다.
다시 도 9를 참조하면, 포트 도어(76)는 박스 도어(30)와 맞물림 가능 연결 상태로 도시되며, 래치 키(150)는 박스 도어 슬롯(46) 내에서 안정된 위치에 있다. 각각의 래치 키 하우징(168)은 포트 도어(76)의 내측 표면(212) 상에서 지지되는 베어링(210)을 그 넥부(174) 상에 구비한다.
박스 도어(30)의 잠금 상태가 해제되면, 래치 키(150)는 박스 도어 슬롯(46)내에 머물러 있으며, 포트 도어(76)는 박스 도어(30)를 유지시키면서 캐리어 박스(18)로부터 멀어지게 이동한다. 박스 도어(30)는 래치 키(150)에 의해서만 포트 도어(76) 상에서 지지된다. 박스 도어 슬롯(46) 치수의 공차의 느슨한 범위와 요동을 허용하는 래치 키(150)의 설계는 박스 도어(30)가 그 자체의 무게에 의해서 포트 도어(76)의 전방 표면(160)에 대해서 슬립(미끄러짐)이 일어날 수 있게 한다. 박스 도어(30)와 전방 플레이트(14) 사이의 초기 정렬에 있어서의 이러한 변화는 박스 도어(30)를 재설치할 때 박스 도어(30)의 내측 표면(36)을 캐리어 박스(18)의 오목한 계단식 내부 측면 테두리(34) 내에 끼워 넣는 것을 어렵게 만든다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)와의 초기 상호 정렬 상태로부터 미끄러지는 것을 방지하기 위해, 래치 키 조립체(166)의 대안적인 실시예는 도 32와 34에 도시된 래치 키 풀백 조립체(199)를 포함한다. 래치 키 풀백 조립체(199)는 박스 도어(30)와 포트 도어(76)의 초기 상호 정렬을 유지시킬 수 있도록 박스 도어(30)를 포트 도어(76)의 전방 표면(160)과 밀접한 관계가 되게 끌어당긴다. 각각의 래치 키(150)는 육각형 섹션(186과 190)을 통해서 래치 키 하우징(168) 내에 회전 불가능하게 장착되며, 그래서 앞에서 언급된 바와 같이 박스 도어 슬롯(46)의 공차 범위를 수용할 수 있도록 래치 키(150)가 "요동"하는 것을 허용한다. 래치 키 몸체(178)의 원통부(184)와 래치 키 하우징(168)의 중앙에 위치된 계단식 보어(188)는 풀백 조립체(199)의 풀백 기능을 구현하는 피스톤(200)을 수용할 수 있도록 개조된다.
도 32와 34를 참조하면, 환형 실(201)에 의해 둘러싸인 피스톤(200)은 스크류 나사부 또는 다른 적절한 부착 방법에 의해서 래치 키 몸체(178')에 고정된다. 피스톤(200)은 래치 키 몸체(178')의 종방향 축(178a')을 따라 양방향으로 래치 키(150)를 이동시킬 수 있게 하우징(168') 내에서 미끄럼 운동을 할 수 있다. 피스톤(200)은 상부 부싱(202a)과 하부 부싱(202b) 사이에 형성되어 실(203a와 203b)에 의해서 기밀(氣密) 상태로 밀폐되는 구동 챔버(202)로 공급되는 공기와 같은 가압 가스에 의해서 구동된다. 가압 가스는 가압 가스 공급부(도시되지 않음)로부터 가스 통로(205a)를 갖는 공급부 하우징(205)에 연결된 가스 공급 라인(204)을 통해 구동 챔버(202)로 공급된다. 통로(205a)는 래치 키 몸체(178')에 있는 교차 포트(206a와 206b)와 통하게 되어 있으며, 래치 키 몸체(178')는 하우징(168')을 통해서 하부 부싱(202b)과 실(203b)을 통과하는 공급부 하우징(205) 안으로 뻗어있다. 포트(206a)는 래치 키 몸체(178')의 종방향 축(178a')을 따라 형성된 구멍이며, 포트(206b)는 래치 키 몸체(178') 내에서 교차 포트(206a)에 횡방향으로 형성된 구멍이다. 포트(206b)는, 래치 키(150)가 박스 도어 슬롯(46) 내에서 안정된 위치에 있을 때마다 포트 도어(76)와 밀접한 관계가 되게 포트 도어(76)의 전방 표면(160)에 대해서 박스 도어(30)를 끌어당기는 방향으로 피스톤을 구동시킬 수 있게 피스톤(200) 면에 대해서 작용하는 가압 가스를 공급하도록 구동 챔버(202) 안으로 개방된다.
박스 도어(30)를 해제시킬 수 있게 피스톤(200)을 밀어서 래치 키(150)를 그 원래의 위치로 신장시킬 수 있도록 래치 키 몸체(178') 둘레에 리턴 코일 스프링(209)이 배치되는 리턴 챔버(208)가 피스톤(200)의 맞은편 상에 위치된다.
작동시, 각각의 래치 키(150)가 박스 도어(30)의 잠금을 해제시키도록 회전되고 난 후에, 가압 가스가 통로(205a)와 가스 입구 포트(206a와 206b)를 통해서 구동 챔버(202)로 공급된다. 가압 가스는 피스톤(200) 면상에 작용하여, 래치 키(150)를 후퇴시키고 그래서 박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 견고하면서 확실한 맞물림 상태가 되도록 피스톤(200)이 리턴 스프링(209)을 거슬러 이동하게 한다. 아래에 설명된 포트 도어 병진운동 메커니즘의 2개의 실시예 중 하나는 캐리어 박스(18)를 열기 위해서 포트 도어(76)를 박스 도어(30)와 함께 캐리어 도어(18)로부터 멀리 이동시킨다.
캐리어 박스(18)를 닫기 위해서 박스 도어(30)를 재설치할 수 있는 준비가 될 때, 포트 도어 병진운동 메커니즘은 포트 도어(76)를 캐리어 박스(18)와 이 캐리어 박스(18)와 정렬 상태에 있는 박스 도어(30) 쪽으로 이동시킨다. 박스 도어 슬롯(46) 내에 삽입된 각각의 래치 키는 캐리어 박스(18) 상에 박스 도어(30)를 잠글 수 있게 회전되며, 그리고 나서 가압 가스는 가스 입구 포트(206a와 206b)와 통로(205a)를 통해서 구동 챔버(202)로부터 배출된다. 가압 가스의 배출에 응답하여 리턴 스프링(209)은 래치 키(150)를 그 원래의 신장 위치로 복귀시킬 수 있게 피스톤(200)의 반대면을 밀도록 작용한다. 그리고 나서 포트 도어 병진운동 메커니즘은 포트 도어(76)를 박스 도어(30)로부터 멀리 후퇴시키며, 그래서 닫혀진 캐리어 박스(18)로부터 포트 도어(76)를 완전히 분리될 수 있게 래치 키(150)를 박스 도어 슬롯(46)으로부터 빼낸다. 당업자는 래치 키 풀백 조립체(199)가 "요동" 설계 특징부의 부재시에 구현된 래치 키 조립체에 유익하게 사용될 수 있음을 알 것이다.
도 12와 13은 래치 키 모터 메커니즘(172)을 도시하는데, 이 래치 키 모터 메커니즘(172)은 캐리어 박스(18)의 박스 도어(30)를 잠그고 또한 잠금 해제할 수 있도록 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 래치 키(150)를 회전시킨다. 도 12와 13을 참조하면, 하나의 래치 키 하우징(168)의 베이스부(176)는 탭 볼트 구멍(tapped bolt hole)(170)에 맞물리는 볼트(216)에 의해서 주(主) 디스크 부재(214)에 고정되며, 다른 래치 키 하우징(168)의 베이스부(176)는 탭 볼트 구멍(170)에 맞물리는 볼트(220)에 의해서 종(從) 디스크 부재(218)에 고정된다. 디스크 부재(214와 218)와 그에 따른 상응하는 래치 키(150)는 각각의 축(222와 224)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 디스크 부재(214)와 그에 따른 상응하는 래치 키(150)를 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 축(222)을 중심으로 이동시킬 수 있도록, 주 디스크 부재(214)는 모터(232)에 의해서 일단(一端)이 구동되며 베어링(234) 내에서 타단(他端)이 끝나는 웜 기어 샤프트(230)가 맞물리는 웜 기어 치형부(teeth)(228)를 갖는 웜 기어 섹션(226)을 포함한다. 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에 90°의 변위를 제공할 수 있도록 모터(232)의 작동이 제어된다.
조절 가능한 길이의 기다란 커플링 또는 로드 부재(236)가 그 근접 단부는 제 1 로드 피벗 축(238)을 중심으로 선회 운동을 할 수 있도록 디스크 부재(214)에 그리고 그 말단부는 제 2 로드 피벗 축(240)을 중심으로 선회 운동을 할 수 있도록 디스크 부재(218)에 장착된다. 로드 부재(236)는 구형(求刑) 조인트(236a)와, 회전 조절로 로드 부재(236)의 길이를 고정시키고 난 후에 로크너트(locknut)(236c)에 의해 단부 각각이 결합되는 턴버클부(turnbuckle portion)(236b)로 구성된다. 디스크 부재(218)는 디스크 부재(214)의 운동에 종속되며, 그래서 그 상응하는 래치 키(150)를 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 축(224)을 중심으로 이동시킨다. 구형 조인트(236a)는 턴버클부(236b)를 회전시킴으로써- 턴버클부(236b)는 이러한 용도 외에는 본 발명을 실시함에 있어서 필요치 않음- 분해(disassembly)시킬 필요 없이 로드 부재(236)의 길이 조절을 용이하게 한다.
도 33 내지 37은 유체 압력 제어식 래치 키 작동 메커니즘(242)을 도시하는데, 이는 래치 키 모터 메커니즘(172)의 대안으로서 래치 키 풀백 조립체(199)와 함께 사용하도록 구현된 것이 도시되어 있다. 모터 메커니즘(172)에서와 같이, 작동 메커니즘(242)은 캐리어 박스(18)의 박스 도어(30)를 잠그고 잠금 해제할 수 있도록 래치 키(150)를 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 회전시킨다.
도 33 내지 37을 참조하면, 하나의 래치 키 하우징(168')의 베이스부(176)는 탭 볼트 구멍(170)에 맞물리는 볼트(216)를 통해서 디스크 부재(214)에 고정되며, 다른 래치 키 하우징(168')의 베이스부(176)는 탭 볼트 구멍(170)에 맞물리는 볼트(220)를 통해서 디스크 부재(218)에 고정된다. 디스크 부재(214와 218)와 그에 따른 상응하는 래치 키(150)는 각각의 축(222와 224)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 디스크 부재(214와 218) 각각은 커플링 단부(243) 및 돌출 베인(protruding vane)(244)이 있는 타단부를 갖는 레버 암의 기능을 한다. 커플링 단부(243)는 공기 실린더(247)의 신장 가능한 로드(246)의 말단부에 연결된 실린더 부착 블록(245)에 대한 피벗 장착부를 제공한다. 베인(244)은 포트 도어(76)에 장착되어 그 위에서 90°각도만큼 이격된 각각의 U 형상의 전송 광 인터럽터 디바이스(248과 249)의 이미터 레그(emitter leg)와 센서 레그 사이에서 이동할 수 있도록 디스크 부재(214와 218) 각각으로부터 돌출해 있다. 광 인터럽터 디바이스(248과 249) 각각에 베인(244)이 존재함으로 인해 이들 광 인터럽터 디바이스는 래치 키(150) 각각이 제 1 또는 제 2 각 위치에 있는지를 나타내는 이동 섹터 제어 단부 스위치의 기능을 하게 된다. 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 각각의 신장 가능한 로드(246)의 각 신장에 대한 신장 길이는 디스크 부재(214와 218)의 각 변위의 범위를 제한하기 위해서 포트 도어(76)에 위치된 강제 정지 블록(도시되지 않음)에 의해 설정된다. 디스크 부재(214와 218)에 고정되는 등록 상표 Delrin에서 제작된 범퍼 또는 다른 적절한 재료는 신장 가능한 로드(246)의 이동 범위를 조절할 수 있도록 선정된 두께를 가질 수 있다. 그래서, 각각의 공기 실린더(247)는, 두 개의 각(角) 지점 사이에서 "뱅-뱅(bang-bang)" 디바이스로서 작동되며 단부 지점 탐지(end point detection)를 이용하는 키 래치 메커니즘을 제어한다.
신장 가능한 로드(246)는 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 각각의 축(222와 224)을 중심으로 디스크 부재(214와 218)를 이동시키며, 그래서 그에 상응하는 래치 키(150)를 회전시킨다. 각각의 신장 가능한 로드(246)의 위치 및 신장 길이는 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에 90°의 변위를 준다.
도 33을 참조하면, 공기 압력 제어 시스템(600)은 중앙 제어 시스템(349)(도 18)에 의해 제공되는 래치 키 위치 명령에 응답하여 각각의 공기 실린더(247)로 가압 가스를 선택적으로 공급한다. 광 인터럽터 디바이스(248과 249) 중 해당 광 인터럽터 디바이스에 베인(244)이 존재함으로 인해 중앙 제어 시스템(349)에 각각의 래치 키(150)의 위치에 대한 초기 조건 정보를 제공한다. 압력 제어 시스템(600)은 가압 가스 공급원(도시되지 않음)으로부터 공기 실린더(247)의 작동을 제어하며 2개의 출구 포트를 갖는 솔레노이드 밸브(606)의 입구 포트(604)와 래치 키 풀백 조립체(199)의 작동을 제어하며 하나의 출구 포트를 갖는 솔레노이드 밸브(610)의 입구 포트(608)로 가스를 공급하는 가스 공급 라인을 포함한다.
솔레노이드 밸브(606)는 개별 도관을 통해서 각각, 유체 유동 디바이더(626)의 입구 포트(624)와 유체 유동 디바이더(630)의 입구 포트(628)로 가압 가스를 공급하는 출구 포트(620과 622)를 갖는다. 유동 디바이더(626)는 2개의 출구 포트를 갖는데, 각각의 출구 포트는 개별 도관을 통해서 서로 다른 공기 실린더(247)의 실린더 로드 신장 가스 입구(632)에 연결된다. 유동 디바이더(630)도 유사하게 2개의 출구 포트를 갖는데, 각각의 출구 포트는 개별 도관을 통해서 서로 다른 공기 실린더(247)의 실린더 로드 후퇴 가스 입구(634)에 연결된다. 중앙 제어 시스템(349)에 의해서 전기 전도체(636)에 제공되는 명령 신호(command signal)는, 신장 가능한 로드(246)를 신장시키거나 후퇴시키고 그래서 제 1 각 위치와 제 2 각 위치 사이에서 래치 키(150)를 회전시킬 수 있도록, 입구 포트(604)로부터 출구 포트(620과 622) 중 하나로의 가압 가스의 유동 경로를 선택적으로 제어한다. 솔레노이드 밸브(606)는, 닫혀진 클린 환경 하우징으로부터 배기 가스를 배출시킬 수 있도록 도관이 연결된 각각의 출구 포트(620과 622)에 의해 만들어진 가스 유동 경로에 상응하는 가스 배기 포트(638과 640)를 갖는다.
솔레노이드 밸브(610)는 유체 유동 디바이더(654)의 입구 포트(652)로 가압 가스를 공급하는 출구 포트(650)를 갖는데, 이 유체 유동 디바이더는 2개의 출구 포트를 가지며, 각각의 출구 포트는 개별 도관을 통해서 서로 다른 래치 키 풀백 조립체(199)의 가스 공급 라인(204)에 연결된다. 박스 도어(30)와 포트 도어(76)가 안정된 맞물림 가능 연결 상태에 있도록 래치 키(150)가 박스 도어(30)의 슬롯(46)에 끼워져서 박스 도어(30)를 개방시키고 난 후에 래치 키(150)를 후퇴시키도록, 중앙 제어 시스템(349)에 의해 전기 전도체(658)로 공급되는 명령 신호는 입구 포트(608)로부터 출구 포트(658)로 가압 가스의 유동을 공급한다. 솔레노이드 밸브(610)는, 닫혀진 클린 환경 하우징으로부터 배기 가스를 배출시킬 수 있도록 도관이 연결된 출구 포트(650)에 의해 만들어진 가스 유동 경로에 상응하는 가스 배기 포트(660)를 갖는다.
도 8, 9 및 12는 엘리베이터 조립체(28)가 작동 가능하게 결합되는 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)에 장착된 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)을 도시한다. 포트 도어(76)가 개구(74)와 정렬될 때 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)이 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78) 쪽으로 그리고 내측 표면(78)으로부터 멀어지게 이동시킬 수 있도록, 포트 도어(76)는 포트 도어 캐리지 메커니즘(252) 상에서 가이드 레일(256)을 따라 미끄럼 운동을 하는 가이드 트랙(254)을 갖는다.
포트 도어(76)는 래치 키 모터 메커니즘(172)을 수용하는 상부 직사각형 섹션(258)과 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)을 수용하는 하부 직사각형 섹션(260)을 포함한다. 포트 도어(76)의 상부 섹션(258)은, 박스 도어(30)의 슬롯(46)과 맞물리도록 래치 키(150)를 제공할 수 있게 표면부(264)가 개구(74) 내에 끼워짐에 따라, 표면부(264)를 한정하며 포트 도어(76)가 전방 표면(14)의 내측 표면(78)에 대해서 밀폐 연결을 형성할 수 있도록 하는 높이의 계단식 영역(262)을 포함한다. 포트 도어(76)의 하부 섹션(260)은 스핀들(272)에 결합된 모터(270)와, 일단이 풀리(276)에 결합되고 타단이 프리로드 베어링(preloaded bearing)(278)에서 지지되는 리드 스크류(274)를 지지한다. 스핀들(272)과 풀리(276)를 연결하는 벨트(280)는 리드 스크류(274)를 회전시키며, 리드 스크류의 회전 방향에 따라 포트 도어(76)가 가이드 레일(256)을 따라 내측 표면(78) 쪽으로 또는 내측 표면(78)으로부터 멀어지게 미끄럼 운동을 하도록 너트 조립체(282)를 구동한다.
표면부(264)는 개구(74)내에 끼워지도록 크기가 정해지기 때문에, 엘리베이터 조립체(28)가 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)을 그 최상부 위치로 이동시키지 않는 한 모터(27)는 작동되지 않는다. 엘리베이터 조립체(28)는 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)이 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78)으로부터 완전히 멀리 이동시키고 난 후에 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)을 그 최하부 위치로 이동시킨다.
도 13, 14 및 15는 포트 도어(76)의 내부에서 그 상부측에 근접한 리세스에 장착된 차동의, 전송 광 스캐닝 조립체(290)를 각각, 배면도, 평면도 및 측면도로 도시한다. 엘리베이터 조립체(28)와 연계되어 작동하는 스캐닝 조립체(290)는 2개의 스캐닝 핑거(scanning finger)(292ℓ과 292r)를 포함하는데, 스캐닝 핑거(292ℓ)는 베어링(296ℓ) 내에서 핑거 피벗 축(298ℓ)을 중심으로 선회 운동하도록 장착된 핑거 샤프트(294ℓ)를 근접 단부(300ℓ)에 가지며, 스캐닝 핑거(292r)는 베어링(296r) 내에서 핑거 피벗 축(298r)을 중심으로 선회 운동하도록 장착된 핑거 샤프트(294r)를 근접 단부(300r)에 갖는다. 스캐닝 핑거(292ℓ)는 말단부(309ℓ)에 서로 상하 관계로 위치된 광 센서(306a와 308a)를 지지한다. 스캐닝 핑거(292r)는 말단부(309r)에 서로 상하 관계로 위치된 광 이미터(306b와 308b)를 지지한다. 광 센서(306a)와 광 이미터(306b) 사이의 광 전파 경로(310) 및 광 센서(308a)와 광 이미터(308b) 사이의 광 전파 경로(312)는 웨이퍼(152)의 주 표면에 수직한 방향으로 동일 평면을 이룬다. 광 전파 경로(310과 312)는 평면의 지점(314)(도 17 참조)에서 교차한다.
포트 도어(76) 내에 장착된 스캐너 모터(320)는 핑거 피벗 축(298ℓ과 298r) 사이에 동일 거리에 위치한 회전축(324)을 갖는 중앙 샤프트(322)를 포함한다. 중앙 샤프트(322)는 아래에 설명되는 기능을 수행하기 위해서 서로 소정 각도로 이격된 2개의 정지 핀(328과 330)이 장착된 디스크 부재(326)를 구비한다. 로드 부재(322ℓ)는 로드 근접 피벗 축(344ℓ)을 중심으로 선회 운동할 수 있도록 근접 단부가 디스크 부재(326) 상의 핀(328)에, 로드 말단 피벗 축(338ℓ)을 중심으로 선회 운동할 수 있도록 그 말단부가 핑거 샤프트(294ℓ)의 커플링 리세스 장착부(336ℓ)에 장착된다. 로드 부재(322r)는 로드 근접 피벗 축(334r)을 중심으로 선회 운동할 수 있도록 근접 단부가 디스크 부재(326) 상의 핀(33)에, 로드 말단 피벗 축(338r)을 중심으로 선회 운동할 수 있도록 그 말단부가 핑거 샤프트(294r)의 커플링 리세스 장착부(336r)에 장착된다.
스캐너 모터(320)는 중앙 샤프트(322)에 ±45°의 왕복 운동을 부여하며, 핀(328과 330)은 스캐닝 핑거(292ℓ와 292r)를 최대 신장 위치(도 14에 실선으로 도시됨)와 최대 후퇴 위치(도 14에 점선으로 도시됨) 사이에서 선회 운동을 시킬 수 있도록 디스크 부재(326) 상에서 소정 각도 이격된다. 그래서, 스캐닝 핑거(292ℓ와 292r)는 최대 신장 위치와 최대 후퇴 위치 사이에서 각각의 핑거 선회 축(298ℓ과 298r)을 중심으로 90° 이동한다. 당업자는 스캐닝 핑거(292ℓ와 292r)의 신장 및 후퇴가 유체 실린더를 사용해서도 또한 달성될 수 있음을 알 것이다.
도 14는 최대 신장 위치에 있는 스캐닝 핑거(292ℓ와 292r)의 각각의 말단부(309ℓ과 309r)가 웨이퍼 카세트(32)에 저장된 웨이퍼(152)에 이격되게 놓여 있으며, 웨이퍼가 스캐닝될 때 광 전파 경로(310과 312)가 웨이퍼(152) 각각의 현(弦)과 교차하는 것을 도시한다.
스캐닝 핑거가 최대로 신장될 때, 센서(306a와 308a)와 이미터(306b와 308b)는 웨이퍼 캐리어 박스(18)가 점유하게 되는 영역의 내부에 위치하며, 서로 교차하는 2개의 광 전파 경로(310과 312)를 형성하도록 정렬된다. 하나 또는 두 광 전파 경로(310과 312) 모두에 교차하도록 정렬되는 웨이퍼(152)의 존재는 이미터(306b와 308b) 중 하나 또는 둘 모두로부터 전파되는 광이 그 상응하는 센서(306a와 308a)에 도달하는 것을 차단한다. 그래서, 광 전파 경로(310과 312)의 하나 또는 둘 모두의 차단은, 웨이퍼 픽업을 위해 로봇 조립체(20)를 위치시키거나, 또는 2개의 웨이퍼(152)가 웨이퍼 카세트(32) 내의 동일한 슬롯을 점유하는지 아니면 웨이퍼(152)가 웨이퍼 카세트(32) 내의 2개의 슬롯(즉, 교차 슬롯 위치)을 점유하는지, 웨이퍼 카세트(32)의 슬롯 내에 웨이퍼(152)의 존재 및 부재를 판단하는데 사용될 수 있는 정보를 제공한다. 광 센서(306a와 308a) 및 이미터(306b와 308b)의 장착 구조 및 작동은 특히 도 16a와 16b를 참조하여 아래에 설명된다.
도 16a는 각각의 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 내에 센서(308a)와 이미터(308b)의 배치도를 매우 확대하여 상세하게 도시하고 있으며, 도 16b는 각각의 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 내에 센서(306a)와 이미터(306b)의 배치도를 매우 확대하여 상세하게 도시하고 있다. 도 16a와 16b를 참조하면, 센서(306a)와 이미터(306b)는 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 상단 표면의 평면에 대해서 +0.75°각도로 경사진 직선 광 전파 경로(310)를 제공하는 약간 위쪽으로 경사진 장착 표면 영역에서 각각의 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 내에 고정된다. 센서(308a)와 이미터(308b)는 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 상단 표면의 평면에 대해서 -0.75°각도로 경사진 직선 광 전파 경로(312)를 제공하는 약간 아래로 경사진 장착 표면 영역에서 각각의 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 내에 고정된다. 도 17은 교차되는 광 전파 경로(310과 312)에 대해 미끄럼 운동식 트레이(24) 상의 웨이퍼 카세트(32)의 배치를 정면도로 보여주는 다이어그램이다. 광 전파 경로(310과 312)는 수직 평면에서 동일 평면을 이루며, 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r) 사이 거리의 중간지점에 있는 지점(314)에서 교차되도록 반대 방향으로 소정 각도 경사진다. 도 17은 또한 웨이퍼 카세트(32)의 위에 위치되며 웨이퍼 카세트(32) 내에서 웨이퍼(152)의 적절한 레지스트레이션을 나타내는 지점에 있는 반도체 웨이퍼(152)를 점선으로 도시한다.
광 전파 경로(310과 312)는 웨이퍼 카세트(32)의 슬롯 및 지정된 엘리베이터 위치에서 적절하게 레지스터된 하나의 웨이퍼(152)가 두 빔 모두를 동일하게 차단하도록 소정 각도로 경사진다. 도 8과 15에 도시되고 아래에 매우 상세히 설명되는 바와 같이, 스캐닝 조립체(290)는 포트 도어 캐리지(344)를 이동시키는 엘리베이터 조립체(28) 상에서 지지되며, 엘리베이터 조립체(28)의 수직 위치는 광 위치 인코더(optical position encoder)(342)에 의해서 측정된다. 포트 도어 캐리지(344)의 이동은 웨이퍼 카세트(32) 내용물의 연속적인 스캔을 제공한다. 포트 도어 캐리지(344)가 지정된 다음 엘리베이터 위치를 지나감에 따라, 센서(306a와 308a)는 웨이퍼 두께와 동일한 엘리베이터 변위에 대한 동일 크기의 출력 신호를 발생시킨다. {웨이퍼(152)가 그 슬롯에 레지스터될 때 광 전파 경로(310과 312)에 대한 상응하는 센서 및 이미터에 의해서 동일한 웨이퍼 두께가 측정된다.} 포트 도어 캐리지(344)가 지정된 다음 엘리베이터 위치로 이동함에 따라 신호의 크기는 변할 수 있지만 신호들 간의 차(差)는 변하지 않을 것이다.
교차 슬롯 위치의 웨이퍼(152)는 지정된 엘리베이터 위치에 대해서 하나의 광 전파 경로만 차단할 것이며 그래서 센서(306a와 308a)로 하여금 다른 크기의 출력 신호를 발생하게 한다. 입사광의 존재를 나타내는 센서 출력은 오픈 슬롯(open slot) 및 그에 따른 웨이퍼(152)의 수평 경사각(tilt angle)의 방향을 나타낸다.
차동 광 스캐닝 조립체(290)의 공통 모드 거절 특성(common mode rejection property)은 기계적인 진동에 의해 야기되는 신호 교란을 일소하며, 개개 웨이퍼의 정확한 두께 측정을 제공한다. 웨이퍼 카세트(32) 내의 동일 슬롯을 점유하는 두 개의 웨이퍼(152)는 지정된 엘리베이터 위치에 대해서 두 광 전파 경로(310과 312) 모두를 차단할 것이다; 하지만, 포트 도어 캐리지(344)가 지정된 다음 엘리베이터 지점으로 이동됨에 따라 포트 도어 캐리지(344)의 명목상의 수직 변위보다 더 긴 수직 변위에 대해서 신호의 크기와 신호들 사이의 차는 변하지 않을 것이다. 지속적인 신호 차단은 슬롯 내에 명목상의 웨이퍼 두께보다 더 두꺼운 웨이퍼 두께가 있음을 나타내며, 그래서 웨이퍼 카세트(32) 내의 슬롯이 두 개의 웨이퍼에 의해 점유되었음을 나타낸다. 위에서 설명된 교차 광 전파 경로 탐지 장치는 본 출원의 양수인에게 양도되었으며, 1998년 8월 27일자로 출원(미국특허출원 제09/141,890호)되어 현재 특허 허여된 미국 특허 제6,160,265호에 기재되어 있다.
광 빔 센서(346a)와 이미터(346b)는 위에서 설명된 동일 평면의 광 전파 경로(310과 312)의 방향에 대해서 횡방향인(바람직하게는 수직인) 광 전파 경로(348)를 형성한다. 센서(346a)와 이미터(346b)는 웨이퍼(152)가 캐리어 박스(18)의 전방 개구부에 있는 슬롯으로부터 돌출하도록 배출되었는지를 탐지할 수 있도록 웨이퍼 캐리어 박스(18)가 점유하게 되는 영역 밖에서 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)상의 개구(74)의 상부측 및 하부측에 위치된다. 캐리어 박스(18)로부터 하강되는 배출된 웨이퍼(152)는 포트 도어 캐리지(344)가 더 내려가지 못하게 하는 신호를 제공하고 그래서 돌출되는 웨이퍼(152)가 포트 도어(76)가 하강될 때 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)에 의해서 잘려나가는 것을 방지하도록 광 전파 경로(348)를 차단하게 된다. 도 18에 표시된 바와 같이, 센서(306a, 308a 및 346a)와 위치 인코더(342)의 출력 신호는 위에서 설명된 웨이퍼 레지스트레이션 결정을 할 수 있도록 중앙 제어 시스템(349)에 의해서 처리된다.
박스 유지 클램핑 메커니즘에 대한 위에서 설명된 바람직한 실시예 중 임의의 경우에, 박스 로드 인터페이스 시스템(16)은 캐리어 박스의 존재 및 미끄럼 운동식 트레이(24)에 대한 정렬 정보를 나타내는 계기가 구비될 수 있다. 도 1, 6, 19, 25 및 29를 참조하면, 광 빔 센서(390a)(도 19, 25 및 29)와 광 빔 이미터(390b)(도 1, 6 및 10)는 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)과 미끄럼 운동식 트레이(24)의 캐리어 박스 장착 표면에 횡방향으로 광 전파 경로(392)(도 19)를 형성한다. 센서(390a)와 이미터(390b)는 웨이퍼 캐리어 박스(18)가 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에 배치될 때 웨이퍼 캐리어 박스(18)에 의해서 점유되는 영역을 통과하는 전파 경로 방향을 성립시키는 지점에서 미끄럼 운동식 트레이(24) 및 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96) 상의 개구(74) 위에 장착된다. 웨이퍼 캐리어 박스(18)에 의해서 현재 눌려져 있는 5개의 캐리어 박스 배치 스위치(394)(도 25와 29)는 운동학적 커플링 핀(66) 상에서의 웨이퍼 캐리어 박스(18)의 적절한 레지스트레이션을 나타낸다. 중앙 제어 시스템(349)은 광 전파 경로(392)의 연속성 및 배치 스위치(394)의 상태를 감시한다. 중앙 제어 시스템(349)은 인디케이터 광(indicator light)(396)(도 1과 6)의 발광(發光)으로 캐리어 박스(18)의 존재를 나타내고 4개의 인디케이터 광(398)(도 1과 6)의 다양한 조합으로 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에서의 캐리어 박스(18)의 임의의 오정렬(誤整列) 유형을 나타낸다.
도 1, 8, 9, 12 및 15는 포트 도어(76)를 지지하는 엘리베이터 조립체(28)를 도시하며; 도 12는 최대 상승 위치(실선)(350) 및 최대 하강 위치(점선으로 그려짐)(352)에 있는 포트 도어(76)를 도시한다. 엘리베이터 조립체(28)는 부드럽게 구동되는 고(高) 토크의 DC 모터(358)에 의해 하단부가 구동되며 종방향 축(362)을 중심으로 회전할 수 있도록 프리로드 단부 베어링(preloaded end bearing)(360)에 의해서 상단부가 지지되는 리드 스크류(356)를 포함하는 측면 구동 리드 스크류 메커니즘(354)을 포함한다. 다양한 서보 모터가 당업계에 알려져 있으며, 상업적으로 구매 가능하며, 적합할 수 있다. 모터(358)는 입력 명령 전압 신호(input command voltage signal)를 발생시키는 입력 제어기와 통신 상태에 있으며 이 입력 제어기에 의해 제어된다. 입력 제어기는 중앙 제어 시스템(349)의 일부분을 구성하는데, 이 중앙 제어 시스템(349)은 본 발명의 인터페이스 시스템의 작동을 감독한다. 모터(358)로 전송되는 입력 명령 신호는 모터 구동 출력 샤프트(364)의 회전으로 변환된다. 모터(358)는 전압 입력 신호의 극성(極性)을 반영하여 양방향 회전 출력을 제공한다. 모터 구동 출력 샤프트(364)는 리드 스크류(356)에 작동 가능하게 결합된다. 모터 구동 출력 샤프트(364)의 회전은 리드 스크류(356)의 상응하는 회전을 발생시킨다. 리드 너트 조립체(366)는 리드 스크류(356) 상에 나사 체결되어 포트 도어(76)의 측면 표면과 리드 스크류(356)에 결합된 포트 도어 캐리지(344)에 작동 가능하게 결합된다. 리드 스크류(356)의 회전은 그래서 리드 스크류(356)의 길이를 따라 리드 너트 조립체(366)의 선형 변위를 발생시킨다. 이는 웨이퍼 스캐닝 작업을 수행할 수 있도록 포트 도어(76)를 상승 및 하강시킬 수 있게 포트 도어 캐리지(344)의 선형 변위를 발생시킨다.
광 위치 인코더(342)는 지속적으로 리드 너트 조립체(366)의 위치를 감시하여 그 위치에 대한 피드백(feedback)을 제공하며 그래서 포트 도어(76)에 장착된 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)에 대한 웨이퍼 카세트(32)에 저장된 웨이퍼(152)의 위치를 감시하고 그 위치에 대한 피드백을 제공한다. 인코더 캐리지(372)는 리드 너트 조립체(366)에 고정 관계(fixed relation)로 장착되어 리드 너트 조립체(366)와 함께 이동한다. 인코더 캐리지(372)는 광 위치 인코더(342)의 이동 가능 요소(movable component)에 하우징을 제공한다. 스캐닝 조립체(290)는 리드 스크류(356)의 회전에 의해 야기되는 인코더 캐리지(372)의 변위의 결과로서 이동된다.
Model 137540(35mm) 또는 Model 148877(40mm) Maxon motor와 함께 사용하도록 Maxon에서 판매하는 Model 110514 인코더와 같은 로터리 인코더 쌍(rotary encoder pair)을 단부 중 하나에 장착함으로써, 리드 너트 조립체(366)의 위치를 감시하기 위한 대안적인 메커니즘이 달성될 수 있다.
포트 도어(76)와 인코더 캐리지(372)는 종방향 축(362)에 평행하게 배열된 고정밀의 저마찰 선형 베어링 조립체(378)에 의해서 고정식 수직 지지 플레이트(374)에 미끄럼 운동 가능하게 장착된다. 선형 베어링 조립체(378)는 바람직하게는 리드 너트 조립체(366)의 전체 이동 거리에 걸쳐 뻗어 있으며 그래서 인코더 캐리지(372)를 그 이동 경로의 전체 길이를 따라 확실하게 안내한다. 리드 너트 조립체(366)와 인코더 캐리지(372)의 변위를 지속적으로 감시하고 그에 관한 피드백을 제공하기 위한 다양한 유형의 위치 인코더 및 디바이스가 당업계에 알려져 있으며 적합할 수 있다. 광 인코더 조립체가 일반적으로 선호되며, 인코더 캐리지(372)의 위치를 지속적으로 감시하는데 므와 프린지 패턴 원리(Moire fringe pattern principle)를 이용하여 작동되는 인코더가 특히 선호된다.
광 위치 인코더(342)는 발광 다이오드(LED) 어레이(array)가 장착되는 판독 헤드 장착 부재(read head mounting member)(380)를 포함한다. 기준 격자(reference grating)는 판독 헤드 장착 부재(380)상에 견고하게 장착되며, 정지 격자(382)는 인코더 캐리지(372)의 전체 이동 길이를 따라 뻗어있다. 므와 프린지 패턴 원리를 이용하여 작동되는 판독 헤드 장착 부재(380)와 정지 격자(382)의 구조적인 설계와 기능은 알려져 있으며 일반 양도된 U. S 특허 제5,382, 806호에 기재되어 있다.
이하에는 웨이퍼 운반 시스템(10)의 작동 순서가 요약된다. 조작자 또는 로봇 메커니즘이 캐리어 박스(18)를 미끄럼 운동식 트레이(24) 상에 배치하며, SEMI 사양에서 요구되는 11개의 센서 모두는 운동학적 커플링 핀(66) 상의 캐리어 박스(18)의 적절한 레지스트레이션을 체크한다. 조작자 또는 프로그램 제어는 미끄럼 운동식 트레이(24)가 캐리어 박스(18)를 전방 플레이트(14)에 있는 개구(74) 쪽으로 비교적 신속히 이동하게 한다. 제어기는 박스 도어(30)가 박스 도어(30)의 슬롯(46)에 대한 래치 키(150)의 관통 지점에 도달할 때 트레이 모터(100)의 운동을 일정 속도로 감속시킨다. 제어기는, 트레이 모터의 전류를 감지하거나 또는 미끄럼 운동식 트레이의 저장된 위치 프로파일을 따름으로써 방해물 또는 공차 편차(偏差)를 벗어난 플라스틱 구성요소를 탐지하고 박스 도어(30)와 래치 키(150)의 적절한 맞물림을 방해할 수 있는 조건 하에서 미끄럼 운동식 트레이(24)에 과동력(過動力)을 제공하는 것을 방지하는 포스 피드백 시스템(force feedback system)으로 구현된다. 모터 전류의 감지는 미끄럼 운동식 트레이(24)가 이동한 거리에 대한 시간 동안 전류의 양을 감지하는 것을 수반한다. 트레이의 위치 프로파일을 따르는 것은 트레이 모터(100)에 설치된 로터리 위치 인코더(rotary position encoder)로부터 얻어진 현재의 위치를 저장된 위치 프로파일과 비교하는 것을 수반한다. 포스 피드백 시스템은 유효한 맞물림 구역에 대해서 캐리어 박스(18)에 적용되는 로우 포스 기준(low force criterion)을 확립하는데, 이러한 기준이 초과될 경우 트레이 모터(100)를 정지시키며 그래서 래치 키(150)가 통과를 시도하기 전에 미끄럼 운동식 트레이(24)의 이동 방향 역전을 허용하게 된다.
박스 도어(30)가 포트 도어(76)와 맞물려지고 전방 측면 테두리(148)가 전방 플레이트(14)의 개구(74)의 경사진 측면 테두리에 대해서 실(seal)을 형성할 때, 클램핑 핑거(132)는 캐리어 박스(18)를 미끄럼 운동식 트레이(24)에 고정시키는 것을 완료하며 래치 키 모터 메커니즘(172)은 박스 도어(30)를 포트 도어(76)에 잠그도록 래치 키(150)를 회전시킨다. 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)은 박스 도어(30)와 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78) 너머로 끌어당긴다. 존재 센서(346a)는 웨이퍼(152) 중 하나라도 웨이퍼 카세트(32)로부터 돌출되는지 여부를 판단한다. 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)의 핑거 피벗 축(298ℓ과 298r) 근처에 위치된 제 2 존재 센서(347a)는 웨이퍼(152)의 과도한 돌출을 감지하여 엘리베이터 조립체(28)에 의해서 더 아래로 이동하는 것을 방지한다.
엘리베이터 조립체(28)는 포트 도어 캐리지(344)와 그에 따라 포트 도어(76)가 약 3cm 하강하게 하며, 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)는 그 최대 신장 위치로 포트 도어(76)로부터 플립(flip)된다. 그리고 나서 엘리베이터 조립체(28)는 웨이퍼 카세트(32)의 내용물을 스캔할 수 있도록 포트 도어 캐리지(344)를 하강시킨다. 만약 존재 센서(346a)가 적어도 하나의 웨이퍼(152)가 웨이퍼 카세트(32)로부터 돌출되고 있음을 나타내면, 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)는 각각의 웨이퍼 위치로 후퇴되어 돌출되는 웨이퍼(152)를 웨이퍼 카세트(32)의 그 슬롯 내로 도로 밀어 넣을 수 있도록 외측으로 플립된다. 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)는 센서(346a)가 더 이상 방해물이 존재하지 않음을 나타낼 때까지 각각의 웨이퍼 위치에 대해서 플립 과정(flipping process)을 반복한다.
스캔의 완료에 따라, 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)는 후퇴하며, 엘리베이터 조립체(28)는 포트 도어 캐리지(344)를 그 최하부 위치로 이동시키며, 로봇 조립체(20)에 의해 웨이퍼 처리가 행해짐에 따라 포트 도어(76)는 정지 상태로 머물러 있는다. 웨이퍼 처리가 완료되면, 엘리베이터 조립체(28)는 박스 도어(30)를 포트 도어(76)로부터 분리시키고 캐리어 박스(18)를 전방 플레이트(14)로부터 멀리 후퇴시키기 위해서 포트 도어(76)를 그 최상부 위치로 복귀시킨다.
도 2와 도 19 내지 24를 참조하면, 로봇 조립체(20)는 선형 이동 로봇 조립체(400)를 따라서 위치될 수 있다. 선형 이동 로봇 조립체(400)는 스테이지 베이스(406)에 장착된 필로 블록(pillow block)(404)에 의해 양단이 지지되는 정지 리드 스크류(402)를 포함한다. 각각의 필로 블록(404)은 스테이지 베이스(406)에 볼트 고정되거나 다른 방식으로 고정된다. 나란한 전방 플레이트(14)의 개구(74) 사이에서 리드 스크류(402)를 따라 로봇 조립체(20)를 이동시키기 위해서 모터 구동식 회전 너트 메커니즘(408)이 로봇 조립체(20)에 장착된다. 너트 메커니즘(408)은 캐리지(424)에 고정된 하우징(422) 내에 포함된다. 로봇 조립체(20)가 캐리지(424)와 함께 개구(74) 사이에서 리드 스크류(402)를 따라 이동할 수 있도록 캐리지(424)는 로봇 조립체(20)를 지지하는 로봇 장착 플레이트(425)에 결합된다. 캐리지(424)는 스테이지 베이스(406)에 볼트 고정되거나 다른 방식으로 고정된 상부 및 하부 레일(430과 432)을 따라서 이동하는 상부 및 하부 트랙(426과 428)을 포함한다. 스테이지 베이스(406)는 각 단부가 볼트 고정되거나 다른 방식으로 고정되는 정렬 고정구(434)에 의해 전방 플레이트(14)에 움직이지 않게 고정된다. 하우징(422)은 먼지 및 분진이 너트 메커니즘(408) 상에 축적되는 것을 방지하는 박판 금속 커버(436)를 포함하며, 또한 너트 메커니즘(408)이 리드 스크류(402)를 따라 이동할 때 너트 메커니즘(408)에 걸릴 수 있는 직물 또는 다른 것으로 인해 발생할 수 있는 손상을 방지하는 안전 커버(safety cover) 역할을 한다. 스크류(441)에 의해 스테이지 베이스(406)에 결합되며 캐리지(424)의 슬롯(442) 내로 삽입되어 스크류(444)에 의해 고정되는 박판 금속 커버(438과 440)에 의해서도 너트 메커니즘(408)은 또한 보호된다. 박판 금속 커버(438과 440)가 구부러지는 것을 방지하고 어떠한 오정렬도 흡수하여 이들 박판 금속 커버를 일직선으로 유지시킬 수 있도록, 박판 금속 커버(438과 440)의 단부는 캐리지(424) 내에 위치된 플라스틱 글라이드(446)와 상호 작용한다. 글라이드(446)는 오염을 감소시킬 수 있도록 캐리지(424)와 박판 금속 커버(438과 440) 사이의 금속 대 금속 접촉을 또한 방지한다.
너트 메커니즘(408)은 벨트(452)를 통해서 모터(450)에 의해 회전되는 리드 너트(448)를 포함한다. 모터(450)는 모터 장착부(454)에 의해서 하우징(422)에 장착된다. 모터(450)는 원통형 클램프(460)에 의해서 구동 샤프트(456)에 결합된 모터 풀리(458)를 회전시키는 구동 샤프트(456)를 포함한다. 벨트(452)는 리드 너트(448)를 회전시킬 수 있도록 리드 너트 풀리(462)와 구동 맞물림 상태에 있다. 리드 너트 풀리(462)는 내측 레이스(inner race) 베어링 클램프(466)와 외측 레이스 베어링 클램프(468)를 통해서 하우징에 결합된 베어링(464) 내에서 회전된다. 리드 너트(448)는 일단이 스크류 나사부에 의해서 리드 너트 풀리(462)에 결합되며 로크너트(470)에 의해서 리드 너트 풀리(462) 내에서 회전이 방지된다. 리드 너트(448)는 일단(一端)에, 내부에 나사부가 형성되어 리드 스크류(402)와 맞물릴 수 있도록 리드 너트 슬리브(474)에 의해 내측으로 가압되는 탄성 핑거(472)를 갖는다. 리드 너트 슬리브(474)와 리드 너트 풀리(462) 사이에 위치된 웨이브 스프링(wave spring)(476)은 리드 너트 슬리브(474)를 리드 너트(448)의 핑거 단부(finger end) 쪽으로 가압한다. 리드 너트 슬리브(474) 상의 내부 캠 표면(478)은 탄성 핑거(472)를 내측으로 가압하여 리드 스크류(402)와 안정된 나사 체결 상태가 되도록 탄성 핑거(472)의 확대 단부(480)에 작용한다.
모터(450)는 캐리지(424)의 아래에 위치하여 트레이(484)에 의해 지지되는 전기 케이블(482)로부터 전력을 공급받는다. 케이블(482)이 캐리지(424)와 함께 이동할 수 있도록, 케이블(482)은 일단이 전원(488)에 연결되고 타단이 캐리지(424) 상의 전력 하우징(490)에 연결된 상태로 분절식 트랙(articulated track)(486) 내에서 지지된다.
최종 위치에 도달할 때까지 리드 스크류(402)를 따라서 캐리지(424)를 진행시키기 위해서 위에서 설명된 방식으로 리드 너트(448)를 회전시킴으로써 로봇 조립체(400)는 한 위치로부터 다른 위치로 이동된다. 캐리지(424)의 위치를 나타낼 수 있도록 선형 인코더 스케일(linear encoder scale)(500)이 캐리지(424)에 연결되어 이 캐리지와 함께 이동한다. 적절한 지점에서 캐리지(424)를 정지시킬 수 있도록 단부 정지부(end stop)(502)가 리드 스크류(402)의 각 단부에서 스테이지 베이스(406)에 결합된다. 로봇 조립체(20)는 박스 로드 인터페이스 시스템(16)에 의해서 전방 플레이트(14)에 맞물려진 웨이퍼 캐리어 박스(18)로부터 웨이퍼를 회수하여 복귀시킬 수 있도록 위치된다.
로봇 조립체(20)의 정확한 정렬을 보장하기 위해서, 전방 플레이트(14)는 수직 및 중심과 중심 사이의 정렬을 보장할 수 있게 로봇 조립체(20)가 전방 플레이트(14)를 수월하게 참조하도록 하기 위한 레지스트레이션 지점을 구성하는 스테이지 베이스(406)용의 장착 구멍(410)을 포함한다. 이러한 특징은 시스템 확장에 제공된 부가적인 서브시스템이 미리 할당된 레지스트레이션 지점에 자동으로 정렬될 수 있기 때문에 유익하다.
도 38 내지 45는 4개의 바(bar)를 갖는 캐리지 조립체(510)를 도시하며, 이 캐리지 조립체(510)는 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)과 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)의 기능을 통합하는 단일 구조의 대안적인 실시예이다. 두 실시예에 공통인 구성요소들은 동일한 참조 번호로 식별된다.
도 38 내지 44를 참조하면, 엘리베이터 조립체(28)는 바람직하게는, 포트 도어(76)를 상승 및 하강시키고 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14)의 개구(74) 쪽으로 및 개구(74)로부터 멀어지게 이동시키기 위해서 4개의 바를 갖는 링크 메커니즘(512)과 공동 작용하는 측면 구동 리드 스크류 메커니즘(354)을 사용한다. 링크 메커니즘(512)은 포트 도어(76)를 리드 스크류 메커니즘(354)에 결합시킨다. 링크 메커니즘(512)은 Z 캐리지(518)와 H 형상의 링크 캐리지(520)를 서로 결합하며 이들 캐리지(518과 520)에 선회 가능하게 장착되는 두 쌍의 피벗 또는 바 링크(pivot or bar link)(516)로 구성된다. Z 캐리지(518)는 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)에 근접하게 위치된 리드 너트 조립체(366)에 견고하게 부착되며, 링크 캐리지(520)는 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78)에 근접하게 위치된 포트 도어(76)에 견고하게 부착된다. 모터(358)에 의해 구동되는 리드 스크류(356)는 Z 캐 리지(518)를 전방 플레이트(14)의 외측 표면(96)에 고정된 중추 구조(backbone structure)(524)에 부착된 레일(522) 상에서 수직으로 이동시킨다. 두 쌍의 바 링크(516)는 그들 단부가 Z 캐리지(518)와 링크 캐리지(520)의 다른 반대편 측면 표면에 선회 가능하게 부착되며, 링크 캐리지(520)는 중추 구조(524)에 있는 기다란 수직 개구를 관통하는 부분을 포함한다. 도 42와 도 43 및 44는 도 41에 도시된 Z 캐리지(518)와 링크 캐리지(520)의 우측 및 좌측 표면에 각각 선회 가능하게 부착된 다른 쌍의 바 링크(516)를 도시한다. 바 링크(516)는 Z 캐리지(518)의 선형 변위에 응답하여 선회 운동을 할 때 변하는 높이의 평행사변형을 형성하도록 위치된다. 중추 구조(524)상에 장착된 이동 가이드 롤러(530)는 부분적으로는 링크 캐리지(520)와 포트 도어(76)의 수직 이동을 제한하는 기계적인 정지부(mechanical stop)로 작동한다. 가이드 롤러(530)에 의해 설정되는 링크 캐리지(520)의 최대 높이는 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14)의 개구(74)와 정렬한다. 그래서 가이드 롤러(530)는 캠 표면 및 종동 디바이스(follower device)의 기능을 한다.
4개의 바를 갖는 캐리지 조립체(510)는 다음과 같은 방식으로 작동한다. 엘리베이터 조립체(28)는 리드 스크류(356)의 회전을 발생시키며 리드 스크류(356)의 길이를 따라서 상응하는 리드 너트 조립체(366)의 선형 변위를 발생시킨다. 이는 Z 캐리지(518)를 상승 또는 하강시킬 수 있도록 Z 캐리지(518)의 선형 변위를 발생시킨다. 리드 스크류(356)의 회전 방향이 Z 캐리지(518)를 도 39에 도시된 그 최하부 위치로부터 상향 이동시킬 때마다, 링크 캐리지(520)는 Z 캐리지(518)와 일치되게 상향 이동을 하는데 이는 양측에 위치된 바 링크(516)가 유체 평형 메커니즘(fluidic counterbalance mechanism)의 작동에 의해서 수평 방향으로 서로 평행하게 정렬되기 때문이며, 이 유체 평형 메커니즘의 구조와 작동은 도 45를 참조하여 아래에 설명된다.
바 링크(516)는 링크 캐리지(520)의 상부 표면(532)이 가이드 롤러(530)와 접촉할 때까지 그 수평 위치를 유지하는데, 이러한 위치는 도 40에 점선으로 도시되어 있다. 링크 캐리지(520)는 Z 캐리지(518)가 계속해서 그 상향 이동을 하는 동안 가이드 롤러(530)에 접한다. 링크 캐리지(520)가 상향 이동 방향으로 정지 상태로 머물러 있는 동안 발생하는 Z 캐리지(518)의 지속되는 상향 이동은, 링크 캐리지(520) 및 그에 따라 포트 도어(76)를 Z 캐리지(518)의 이동 방향에 수직한 방향으로 이끌도록, 바 링크(516)를 감소하는 높이의 평행사변형으로 선회되게 한다. 링크 캐리지(520)가 내측 표면(78) 쪽으로 진행하고 포트 도어(76)가 전방 플레이트(14)의 개구(74) 쪽으로 진행하여 정렬될 때 링크 캐리지(520)의 하단 표면(536)을 수용하기 위해서 하단 조타 롤러(steering roller)(534)가 중추 구조(524) 상에 장착된다. 하단 조타 롤러(534)는 링크 캐리지(520)의 회전 운동을 방지하며 그래서 링크 캐리지(520)가 내측 표면(78) 쪽으로 진행할 때 직선의 내측 이동 방향을 Z 캐리지(518)의 이동 방향에 수직하게 유지시킨다. 조타 롤러(534)는 유체 평형 메커니즘과 결부된 유체 압력 손실 조건 하에서 링크 캐리지(520)가 떨어지는 것을 또한 방지한다. 포트 도어(76)가 전방 플레이트(14)의 개구(74)에 끼워져서 밀폐 맞물림을 달할 때, Z 캐리지(518)는 그 최상부 위치에 도달하며, 이는 도 40에 실선으로 도시되어 있다.
리드 스크류(356)의 회전 방향이 Z 캐리지(518)를 그 최상부 위치로부터 하향 이동시킬 때, 링크 캐리지(520)를 내측 표면(78)으로부터 멀리 이동시키고 그래서 포트 도어(76)가 전방 플레이트(14)의 개구(74)로부터 후퇴시킬 수 있게 바 링크(516)는 증가하는 높이의 평행사변형을 형성하도록 선회한다. Z 캐리지(518)와 링크 캐리지(520)가 Z 캐리지(518)의 최하부 위치까지 계속 내려감에 따라 링크 캐리지(520)의 상부 표면(532)이 더 이상 가이드 롤러(530)에 접촉하지 않게 되면, 양측에 위치된 바 링크(516)는 서로 평행하게 수평 위치를 취한다.
도 43과 44를 특히 참조하면, Z 캐리지(518)와 링크 캐리지(520)의 좌측 표면상에서 가이드 롤러(530)에 더 가깝게 위치된 바 링크(516)의 표면(544) 아래 지점에서 링크 캐리지(520)의 측면 표면(542)에 강제 정지 블록(hard stop block)(540)이 장착된다. 강제 정지 블록(540)은 도 44에 도시된 바와 같이, 링크 캐리지(520)의 상부 표면(532)이 가이드 롤러(530)와 접촉 상태에 있지 않을 때 바 링크(516) {및 나머지 3개의 바 링크(516)}가 수평 위치를 너머서 시계방향으로 회전하는 것을 방지하도록 바 링크(516)의 표면(544)이 접촉되어 미끄럼 운동을 하는 충돌 표면(impact surface)(546)을 제공한다. 과회전하려는(over-rotate) 바 링크(516)의 성향은 평형 메커니즘(550)의 작동으로부터 발생되며, 이 평형 메커니즘(550)은 아래에 설명되는 바와 같이, 링크 캐리지(520)를 과(過)-평형(over-counterbalance) 상태로 만들어 포트 도어(76)를 들어올리도록 설계된다.
4개의 바를 갖는 캐리지 조립체(510)는 포트 도어 병진운동 메커니즘(250)과 포트 도어 캐리지 메커니즘(252)의 기능을 통합하는 단일 구조의 바람직한 구현예 이다. 하지만, 당업자는 두 지정(즉, 수직 및 수평) 방향으로 포트 도어(76)의 이동을 실행시키기 위해서 적절한 가이드 메커니즘과 연계하여 캐리지 조립체 내에 최소 1개의 바 링크(516)를 사용하는 것도 가능함을 알 것이다. 예를 들면, 대안적인 실시예는 Z 캐리지와 링크 캐리지의 상단측과 하단측 각각에 하나씩 위치된 한 쌍의 바 링크, 또는 필요한 운동을 하도록 설계된 캠과 롤러 종동 메커니즘으로 구현된 단 하나의 바 링크를 포함할 수 있다. 더욱이, 두 실린더에 의한 유체 구동 메커니즘이 측면 구동 리드 스크류 메커니즘(354)을 대체할 수 있다. 적절한 길이의 신장 가능한 로드를 가지며 직렬로 연결된 2개의 유체 실린더는 위에서 설명된 바와 같이 달성되는 방향상의 변위(directional displacement)를 제공할 수 있다.
도 45를 참조하면, 수직/수평 포트 도어 변위 유체-제어식 평형 메커니즘(550)은 포트 도어(76)의 상향 및 하향(즉, 수직) 그리고 내측 및 외측(즉, 수평) 방향으로의 순차적인 병진운동이 일어나는 동안 포트 도어(76)의 무게를 평형시킨다. 바람직한 구현예에서, 평형 메커니즘(550)은 포트 도어(76)에 약간의 상승력을 가할 수 있도록 포트 도어(76)의 무게를 약간 과-평형시킨다. 평형 메커니즘(550)은 중추 구조(524)에 고정된 하부 지지 부재(556)에 의해 폐쇄 단부가 지지되며 신장 가능한 로드(558)가 개방 단부를 통해 삽입되는 몸체부(554)를 갖는 유체식, 바람직하게는 공기식, 일정 힘의 실린더(552)를 포함한다. 실린더 몸체부(554)는 중추 구조(524)에 대해서 정지되어 있으며, 신장 가능한 로드(558)는 링크 캐리지(520) 및 그에 따른 포트 도어(76)의 수직 이동에 응답하여 몸체부(554)로부터 신장되는 그 신장 길이가 변한다. 신장 가능한 로드(558)는 중 추 구조(524)에 고정된 상부 지지 부재(562)에 일단이 부착되며 링크 캐리지(520)의 내측면 표면에 선회 가능하게 장착된 피벗 플레이트(566)의 자유단(564)에 타단이 부착되는 벨트(560)에 의해 포트 도어(76)에 작동 가능하게 결합된다. 그 단부 사이에서, 벨트(560)는 신장 가능한 로드(558)의 말단부에 고정된 롤러(572)와 상부 지지 부재(562)에 장착된 두 개의 이격된 롤러(574와 576) 둘레에서 루프(loop)를 그린다. 벨트(560)의 고정 단부 지점과 롤러(574와 576)의 위치는, Z 캐리지(518)의 1.0 단위의 수직 이동이 신장 가능한 로드(558)의 0.5 단위의 선형 신장을 발생시키는 작동 관계를 성립시키는 겹쳐진 벨트 구조(folded belt configuration)를 만든다.
평형 메커니즘(550)은 다음과 같은 방식으로 작동된다. 공기 실린더(552)는 링크 캐리지(520)가 가이드 롤러(530)와 접촉 상태에 있지 않을 때 Z 캐리지(518)의 이동 방향(즉, 수직 방향)으로 일정 힘 Flift를 제공한다. Z 캐리지(518)가 레일(522)을 따라 이동함에 따라, 공기 실린더(552)는 포트 도어(76)가 각각 개구(74)쪽으로 진행하거나 또는 개구(74)로부터 후퇴될 때 벨트의 느슨함을 흡수하고 또한 추가적인 벨트 길이를 늘어나게 할 수 있는 상응하는 양만큼 신장 가능한 로드(558)의 신장 길이를 변경시킨다. 링크 캐리지(520)가 가이드 롤러(530)와 접촉하며 Z 캐리지(518)가 상향 이동을 계속 할 때마다, 피벗 플레이트(566)는 폐쇄력(closing force) Fclose = Flift? sinθ를 제공할 수 있도록 4개의 바 링크(516)의 작동에 의해서 피벗 축(580)을 중심으로 시계방향으로 선회하며, 여기서 θ는 피벗 플레이트(566)와 벨트(560)의 세그먼트(582) 사이의 내각이다. 벨트(560)는 포트 도어(76)가 개구(74) 내에 스냅(snap)식으로 끼워질 수 있도록 전방 플레이트(14)의 내측 표면(78) 쪽으로 향하는 힘 성분에 의해서 피벗 플레이트(566)가 위쪽으로 접혀지게 하는 방향으로 피벗 플레이트(566)를 끌어당긴다. 도 45 (의 상부)는 θ의 최소값과 최대값에 대해서 링크 캐리지(520)와 그에 따른 포트 도어(76)의 수평 변위의 범위를 나타내기 위해 점선으로 링크 캐리지(520)를 도시한다. 피벗 플레이트(566)의 선회 작용은 포트 도어(76)에 확실한 자체 잠금(self-locking) 특성을 제공한다. 링크 캐리지(520)가 가이드 롤러(530)에 접촉하고 Z 캐리지(518)가 하향 이동을 계속할 때마다, 포트 도어(76)를 개구(74)로부터 멀리 후퇴시킬 수 있게 피벗 플레이트(566)는 폐쇄력 Fclose 와 동일한 크기지만 반대 방향인 개방력(opening force)을 제공할 수 있도록 반시계방향으로 선회한다. 도 45 (의 하부)는 Z 캐리지(518)가 그 최하부 위치에 있을 때 링크 캐리지(520)와 피벗 플레이트(566)의 위치를 점선으로 도시한다.
평형 메커니즘(550)은 몇 가지 주목할 만한 특징 및 이점을 갖는다. 포트 도어(76)가 {Z 캐리지(518)가 그 최하부 위치에 있는} 최대 개방 위치 또는 {피벗 플레이트(566)가 포트 도어(76)를 전방 플레이트(14) 스냅식으로 끼워 넣는} 최대 폐쇄 위치에 있을 때 요구되는 작용력이 없다. 모터(358)가 아니라 공기 실린더(552)가 포트 도어(76)의 무게를 감당한다. 이러한 평형 구현은 겹쳐진 벨트 구조로 인해 벨트의 길이가 Z 캐리지(518)가 이동하는 직선 거리의 2배가 되는 스트로크 배가장치(stroke multiplier)를 형성한다.
선회 가능한 스캐닝 핑거(292ℓ과 292r)를 포함하며 반사 또는 전송 빔 스캐너로 설계된 스캐닝 조립체(290)로 예시된 유형의 스캐닝 조립체는 또한 4개의 바를 갖는 캐리지 조립체(510)로도 구현될 수 있다.
본 발명의 기본 원리로부터 벗어남이 없이 상술한 본 발명의 실시예의 상세 사항에 대해서 많은 변경이 이루어질 수 있음이 당업자에게는 자명할 것이다. 그래서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서만 정해진다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 FIMS 시스템 장비, 특히, 운반 박스에 포함된 시료가 소형-환경과 개별의 차폐된 시료 운반 시스템 사이에서 이송될 때 운반 박스의 적절한 레지스트레이션 및 정확하면서 안정적인 위치 설정을 용이하게 하는 FIMS 운반 박스 로드 인터페이스에 이용될 수 있다.

Claims (44)

  1. 전방 개방식 박스 커버(front-opening box cover)(34) 및, 박스(18)의 전방 개구부를 열고 닫는 분리 가능한 박스 도어(box door)(30)를 포함하는 운반 박스(transport box)(18); 래치 작동 커플러(latch actuating coupler)(46)를 작동시키기 위해서 상기 박스 도어(30)에 삽입된 외부 래치 키(latch key)(150)의 회전에 응답하여 상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버(34)에 해제 가능하게 고정시키도록 상기 래치 작동 커플러(46)에 작동 가능하게 결합된 박스 도어 래치 메커니즘(latch mechanism)(38); 및, 상기 운반 박스(18)가 장착되기 위한 운동학적 커플링 표면(kinematic coupling surface)(66)과 맞물리는 맞물림 특징부(64)를 갖는 물리적인 정렬 인터페이스를 포함하는 박스 하단(48)을 포함하는 FIMS(front-opening interface mechanical standard) 시스템(10)에서,
    박스 로드 인터페이스(box load interface)로서:
    상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버(34) 쪽으로 또는 상기 박스 커버(34)로부터 멀어지게 선택적으로 이동시켜 상기 박스 도어(30)를 열거나 닫을 수 있도록 상기 박스 도어(30)에 부착될 수 있는 후퇴 가능한 포트 도어(port door)(76)와,
    전방 표면(96) 및 상기 포트 도어(76)가 상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버(34) 쪽으로 또는 상기 박스 커버(34)로부터 멀어지게 이동시킬 때 상기 박스 도어(30)가 통과하여 이동할 수 있는 포트 플레이트 개구(port plate aperture)(74)를 갖는 포트 플레이트(14)와,
    상기 포트 플레이트(14)에 횡방향으로 위치된 지지 선반(support shelf)(22)과,
    횡방향의 제 1 및 제 2 이동 경로를 따라서 상기 포트 도어(76)를 상기 포트 플레이트 개구(74) 쪽으로 또는 상기 포트 플레이트 개구(74)로부터 멀어지게 선택적으로 이동시키기 위한 포트 도어 복수축(multi-axial) 위치 설정 메커니즘(510)을
    포함하며,
    상기 위치 설정 메커니즘(510)은:
    공간 기준면(spatial reference datum)(358)에 대해서 상기 제 1 이동 경로를 따라 구동 캐리지(518)를 이동시키는 구동 메커니즘(354)에 작동 가능하게 결합된 링크 캐리지(link carriage)(520)와,
    대향 단부가 상기 링크 캐리지(520)와 상기 구동 캐리지(518)에 선회 가능하게 장착되는 피벗 링크(516)를 포함하며, 상기 링크 캐리지(520)와 구동 캐리지(518)를 상기 제 1 이동 경로를 따라서 소정 길이만큼 일치되게 이동시키는, 피벗 링크 구조(512)와,
    가이드(530)가 상기 제 1 이동 경로를 따른 상기 링크 캐리지(520)의 이동을 방지하는 동안 상기 구동 메커니즘(354)이 상기 구동 캐리지(518)를 상기 제 1 이동 경로를 따라서 이동시킬 때, 상기 링크 캐리지(520)에 대한 상기 제 1 이동 경로를 따르는 상기 구동 캐리지(518)의 이동 방향에 따라, 상기 링크 캐리지(520)가 상기 제 2 이동 경로를 따라서 이동되어, 상기 포트 도어(76)를 상기 포트 플레이트 개구(74) 쪽으로 또는 상기 포트 플레이트 개구(74)로부터 멀어지게 이동시킬 수 있게 상기 피벗 링크(516)가 선회 운동을 할 수 있도록, 상기 포트 플레이트 개구(74)에 인접한 상기 포트 도어(76)의 위치에 상응하는 지점 너머로 상기 제 1 이동 경로를 따라 상기 링크 캐리지(520)의 이동을 방지하도록 상기 공간 기준면(358)에 대해 고정 관계로 위치된, 가이드(530)를 포함하는,
    박스 로드 인터페이스.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 링크 캐리지(520)는 제 1 표면(532) 및 제 2 표면(536)을 가지며,
    상기 가이드(530)는, 상기 링크 캐리지(520)가 상기 제 1 이동 경로를 따라 이동하는 것을 방지하도록 상기 링크 캐리지(520)의 상기 제 1 표면(532)이 접촉하는 제 1 롤러를 포함하며,
    상기 박스 로드 인터페이스는 상기 링크 캐리지(520)가 상기 제 2 이동 경로를 따라 이동할 때 상기 링크 캐리지의 상기 제 2 표면(536)을 접촉하도록 상기 제 1 롤러에 고정 관계로 장착된 제 2 롤러(534)를 더 포함하는,
    박스 로드 인터페이스.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 링크 캐리지(520)는 제 1 및 제 2의 대향 측면(542)을 가지며,
    상기 피벗 링크 구조(512)는 상기 링크 캐리지(520)의 상기 각각의 제 1 및 제 2 측면에 선회 가능하게 장착된 제 1 및 제 2 쌍(雙)의 피벗 링크(516)를 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 쌍의 피벗 링크(516) 중 하나는 상기 링크 캐리지(520)와 구동 캐리지(518)가 상기 제 1 이동 경로를 따라 일치되게 이동할 때 상기 피벗 링크의 선회 운동을 방지하기 위해 선회 운동 제한 특징부(540)와 작동 관계(operative association)에 있는,
    박스 로드 인터페이스.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 선회 운동 제한 특징부(540)는 상기 선회 운동 제한 특징부가 결부된 상기 피벗 링크의 선회 운동을 한 방향으로 구속하는 기계적인 정지부(mechanical stop)(546)를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 이동 경로와 제 2 이동 경로는 직교하는, 박스 로드 인터페이스.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘(354)은 모터 구동식 리드 스크류 메커니즘을 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2 이동 경로를 따르는 상기 링크 캐리지(520)의 이동에 응답하도록 상기 링크 캐리지(520)에 선회 가능하게 결합된 평형 메커니즘(counterbalance mechanism)(550)을 더 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  8. 전방 개방식 박스 커버 및, 박스(18)의 전방 개구부를 열고 닫는 분리 가능한 박스 도어(30)를 포함하는 운반 박스와, 래치 작동 커플러를 작동시키기 위해서 상기 박스 도어(30)에 삽입된 외부 래치 키(150)의 회전에 응답하여 상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버에 해제 가능하게 고정시키도록 상기 래치 작동 커플러에 작동 가능하게 결합된 박스 도어 래치 메커니즘을 포함하는 FIMS 시스템에서,
    상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버 쪽으로 또는 상기 박스 커버로부터 멀어지게 선택적으로 이동시켜 상기 박스 도어(30)를 열거나 닫을 수 있도록 상기 박스 도어(30)에 부착될 수 있는 후퇴 가능한 포트 도어(76)와,
    전방 표면 및 상기 포트 도어(76)가 상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버 쪽으로 또는 상기 박스 커버로부터 멀어지게 이동시킬 때 상기 박스 도어(30)가 통과하여 이동할 수 있는 포트 플레이트 개구(74)를 갖는 포트 플레이트(14)와,
    상기 포트 플레이트(14)에 횡방향으로 위치되는 지지 선반(22)으로서, 트레이(24) 상에 위치된 운동학적 커플링 표면에 의해 성립된 소정의 배향으로 상기 박스를 수용할 수 있도록 상기 지지 선반(22) 상에 미끄럼 운동 가능하게 장착된 트레이(24)와 상기 박스를 상기 포트 플레이트(14) 쪽으로 그리고 상기 포트 플레이트(14)로부터 멀어지게 이동시킬 수 있도록 상기 지지 선반(22) 상에서 상기 트레이(24)를 선택적으로 이동시키기 위한 트레이 위치 설정 메커니즘(88)을 포함하는, 지지 선반(22)과,
    선택적으로 상기 트레이(24)에 대해서 상기 박스에 가압력(urging force)을 가할 수 있도록 상기 박스에 맞물리고 상기 트레이에 대해서 상기 박스에 가해지는 가압력을 해제할 수 있도록 상기 박스와 분리될 수 있게, 상기 트레이(24) 상에 장착된 회전가능한 유체 제어식 박스 유지 메커니즘(900)
    을 포함하며,
    상기 회전가능한 유체 제어식 박스 유지 메커니즘(900)은 유체 압력 제어식 액추에이터들(908,910,916)과 클램핑 메커니즘(902)을 포함하며, 상기 유체 압력 제어식 액추에이터들(908,910,916)은 상기 클램핑 메커니즘(902)에 공통적으로 연결되고 서로 협력하여 상기 클램핑 메커니즘(902)을 통해 가압력을 가하기 위해 상기 클램핑 메커니즘(902)을 회전시키는,
    박스 로드 인터페이스.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 박스는 상기 박스의 하단(下端) 표면상에 위치된 클램핑 특징부(50)를 포함하며, 상기 클램핑 메커니즘(902)은 상기 클램핑 특징부(50)와 맞물리고 분리될 수 있도록 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 회전하는, 박스 로드 인터페이스.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 클램핑 특징부(50)는 돌출부에 의해서 부분적으로 덮여지는 오목부(depression)(44)를 포함하며, 상기 클램핑 메커니즘(902)은 상기 박스 상의 상기 클램핑 특징부(50)와 맞물려지고 분리될 수 있도록 상기 트레이 상에 선회 가능하게 장착된 피벗 핑거(pivot finger)(132)를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 피벗 핑거(132)는 유체 모터에 작동 가능하게 결합된 링크 시스템(linkage system)(153)을 통해서 상기 박스 상의 클램핑 특징부(50)와 맞물려지고 또한 맞물림이 해제되도록 작동되는, 박스 로드 인터페이스.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 피벗 핑거(132)는 제 1 피벗 핀에 의해서 상기 트레이 상에 선회 가능하게 장착되며, 상기 피벗 핑거는 상기 링크 시스템(153)에 결합된 구동 핀을 통해서 상기 제 1 피벗 핀을 중심으로 회전하도록 작동되는, 박스 로드 인터페이스.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 링크 시스템(153)은 제 1 구동 링크(157) 및 제 2 구동 링크(158)를 포함하며, 상기 제 1 구동 링크(157)는 구동 피벗 핀(155d)에 결합된 제 1 단부를 가지며, 상기 제 2 구동 링크(158)는 정지 피벗 핀(155s)에 결합된 제 1 단부를 가지며, 상기 제 1 구동 링크(157) 및 제 2 구동 링크(158)는 공통 피벗 핀(155c)을 통해서 상기 유체 모터에 결합된 각각의 제 2 단부를 갖는, 박스 로드 인터페이스.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 클램핑 메커니즘은, 제 1 각(角) 위치와 제 2 각 위치 사이에서 회전 가능하며 상기 박스를 상기 트레이에 유지시키고 또한 상기 박스를 상기 트레이로부터 해제시킬 수 있도록 상기 박스 상의 상기 클램핑 특징부(50)와 상호 작용하도록 축 방향으로 이동 가능한 키(key)를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  15. 제 9항에 있어서,
    상기 클램핑 특징부(50)는 상기 키를 수용할 수 있는 충분한 크기의 슬롯을 갖는 상부편(top piece)에 의해 덮여지는 리세스 영역(recessed area)을 포함하며,
    상기 클램핑 메커니즘(902)은 상기 박스를 상기 트레이에 죄이고 또한 상기 박스를 상기 트레이로부터 해제시키기 위해서 축을 중심으로 상기 키를 회전시키는 키 회전 메커니즘(904)과, 상기 키를 상기 슬롯에 삽입하고 또한 상기 키를 상기 슬롯으로부터 빼내기 위해서 상기 축을 따라서 상기 키를 이동시키는 키 상승/하강 메커니즘(906)을 더 포함하는,
    박스 로드 인터페이스.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 키 회전 메커니즘(904)은 타이밍 풀리(timing pulley)(918)를 통해서 상기 키를 회전시키기 위한 타이밍 벨트(916)를 포함하며, 상기 타이밍 풀리(918)가 유체 모터의 신장 및 후퇴에 응답하여 상기 타이밍 벨트(916)를 통해서 상기 키를 회전시킬 수 있도록 상기 타이밍 벨트(916)는 제 1 유체 모터에 연결된 제 1 단부와 제 2 유체 모터에 연결된 제 2 단부를 갖는, 박스 로드 인터페이스.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 키 상승/하강 메커니즘(906)은 타이밍 풀리(918)로 신장하는(extend) 상기 키의 샤프트부(shaft portion)에 고정된 피스톤(928)을 포함하며, 상기 피스톤(928)은 상기 피스톤의 상부 표면과 하부 표면에 작용하는 가압 유체에 응답하여 상기 축을 따라서 상기 키를 상승 및 하강시키도록 상기 타이밍 풀리(918)의 상보적인 내측 표면 특징부와 맞물리는, 박스 로드 인터페이스.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 포트 도어(76)의 수직 및 수평 방향으로의 병진운동 동안 상기 포트 도어(76)의 무게를 지지하기 위해서 상기 링크 캐리지(520)에 결합된 유체 제어식 평형 메커니즘(counterbalance mechanism)을 더 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 평형 메커니즘은 상기 링크 캐리지(520)가 상기 고정 가이드와 접촉하며 수직 방향으로 이동을 계속할 때 상기 포트 도어(76)에 수평 방향으로 폐쇄력(closing force)을 제공하는, 박스 로드 인터페이스.
  20. 제 18항에 있어서,
    상기 평형 메커니즘은, 상기 포트 도어(76)가 상기 포트 플레이트 개구(74)와 정렬되는 수직 방향의 최대 높이에 상기 링크 캐리지(520)가 도달했을 때 상기 포트 도어(76)에 폐쇄력을 가하는 힘 전달 부재(force translation member)에 의해서 상기 포트 도어(76)에 작동 가능하게 결합되는 신장 가능한 로드를 가지며 고정 지점에 장착된 유체 실린더를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  21. 삭제
  22. 전방 개방식 박스 커버(34), 및 박스(18)의 전방 개구부를 열고 닫는 분리 가능한 박스 도어(30)를 포함하는 운반 박스(18)를 포함하는 FIMS 시스템(10)에서,
    상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버(34) 쪽으로 또는 상기 박스 커버(34)로부터 멀어지게 선택적으로 이동시켜 상기 박스 도어를 열거나 닫을 수 있도록 상기 박스 도어에 부착될 수 있는 후퇴 가능한 포트 도어(76)와,
    전방 표면(96) 및, 상기 포트 도어(76)가 상기 박스 도어(30)를 상기 박스 커버(34) 쪽으로 또는 상기 박스 커버(34)로부터 멀어지게 이동시킬 때 상기 박스 도어(30)가 통과하여 이동할 수 있는 포트 플레이트 개구(74)를 갖는 포트 플레이트(14)와,
    상기 포트 플레이트(14)에 횡방향으로 위치되는 지지 선반(22)으로서, 트레이(24) 상에 위치된 운동학적 커플링 표면에 의해 성립된 소정의 배향으로 상기 박스를 수용하기 위한 박스 장착 표면을 갖는 상기 지지 선반(22) 상에 미끄럼 운동 가능하게 장착된 트레이(24)를 갖는, 지지 선반(22)과,
    상기 트레이 상에 상기 박스의 존재 여부를 나타내기 위한 감지 메커니즘
    을 포함하며,
    상기 감지 메커니즘은 상기 포트 플레이트의 상기 전방 표면과 상기 트레이 상의 상기 박스 장착 표면에 대해서 횡방향으로 감지 경로(sensing path)를 형성하도록 구성되는, 박스 로드 인터페이스.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 감지 메커니즘은 상기 박스가 상기 트레이 상에 배치될 때 상기 박스가 점유하는 영역을 통과하는 방향으로 광 전파 경로(light propagation path)(348, 392)를 형성하도록 위치된 광 빔 이미터(light beam emitter)(346b, 390b)와 광 빔 센서(346a, 390a)를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  24. 제 23항에 있어서,
    상기 광 빔 이미터(346b, 390b)는 상기 포트 플레이트(14) 상에 위치되며, 상기 광 빔 센서(346a, 390a)는 상기 트레이(24) 상에 위치되는, 박스 로드 인터페이스.
  25. 제 24항에 있어서,
    상기 광 빔 이미터(346b, 390b)는 상기 포트 플레이트(14)의 상기 포트 플레이트 개구(74)보다 위에 위치하는, 박스 로드 인터페이스.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 감지 경로의 연속성을 감시하기 위한 중앙 제어 시스템(349)을 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  27. 제 22항에 있어서,
    상기 트레이 상의 상기 박스의 정렬을 나타내기 위해 상기 트레이 상에 박스 배치 스위치(394)를 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  28. 제 27항에 있어서,
    상기 감지 경로의 연속성(continuity)과 상기 박스 배치 스위치(394)의 상태를 감시하기 위한 중앙 제어 시스템(349)을 포함하는, 박스 로드 인터페이스.
  29. 삭제
  30. 삭제
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