KR101341270B1 - 디스크형 공작물을 위한 이송 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디스크형 공작물(2, 3, 4, 5, 7)을 위한 이송 장치에 관한 것이며, 상기 장치는 공작물을 수용하기 위해 배치된 두 개의 연장된 캐리어 요소(26, 27)을 구비한 수평 이동 가능한 이송 아암과, 공작물(7)을 수용하기 위해 두 개의 대면하여 위치하는 측면에 빗살 구조(18)를 포함하는 카세트(20)를 포함하며, 캐리어 요소(26, 27) 및 빗살 구조(18)는, 공작물이 빗살 내에 위치한 경우 두 개의 인접한 빗살(19) 사이로 접촉 없이 삽입되어 공작물(7)을 들어 올리거나 위치시킬 수 있도록 구성되며, 캐리어 요소(26, 27)는, 카세트 결합의 경우 사실상 빗살 구조에 대해 각각 인접하여 평행하게 빗살을 따라 위치 설정되고 이러한 영역에서 공작물(7)의 검출 및 공작물의 위치 설정을 위해 스캐닝 빔(35)이 제공되며 스캐닝 빔(35)은 카세트(20)에 대해 상대적인 높이에서 위치 설정될 수 있도록 배치되며, 상기 스캐닝 빔(35)은 수평 공작물 평면에 대해 단지 작은 각도(34)로 편향되어 안내된다.
디스크형 공작물, 이송 장치, 이송 아암, 캐리어 요소, 카세트

Description

디스크형 공작물을 위한 이송 장치{Transporting Apparatus for Disc-Shaped Workpieces}
본 발명은 청구범위 제1항에 따른 디스크형 공작물, 특히 반도체 웨이퍼를 위한 이송 장치에 관한 것이다.
현대의 진공 공정 설비의 경우, 웨이퍼라고도 불리는 원형의 평평한 기판 또는 공작물은 완전 자동화된 진공 공정 시스템에서 예를 들어 피복, 에칭, 세정, 열처리 등과 같이 표면 처리된다. 이러한 유형의 공정이 자동화되기 위해 그리고 다단계 공정이 다양한 설비 영역에서 실행될 수 있기 위해서는, 자동화된 이송 시스템, 즉 일종의 작업 처리 로봇이 사용된다. 특히, 반도체 웨이퍼의 처리는 이러한 유형의 공정에서 매우 고품질의 처리, 예를 들면 고도의 세정과 같은 기판의 고도로 정밀하고 세심한 처리를 필요로 한다. 언급된 고도의 요건으로 인해, 상기 유형의 설비는 바람직하게 이송 튜브(transfer tube) 챔버를 포함하며, 여기서 웨이퍼는 주변 대기로부터 진공 챔버 내로 제공된 다음, 필요한 표면 처리가 이루어질 수 있도록 소정의 공정 단계에 또는 일반적으로 복수의 공정 단계에 차례로 제공된다. 이러한 경우 웨이퍼는 이송 장치의 도움으로 수평의 이송면에서 이송 튜브로부터 공정 챔버 내로 제공되며, 웨이퍼를 공정 챔버 내에 제공한 이후에는 일반적 으로 공정 챔버가 폐쇄됨으로써, 요구되는 진공 조건 및 공정 조건하에 공정이 실행될 수 있게 된다. 복수의 공정 단계들이 필요한 경우, 동일한 유형 및 방식으로 웨이퍼는 다시 공정 챔버로부터 빠져나오도록 이송되어 후속 공정 단계를 위해 다른 공정 챔버 내로 이송된다. 특히 바람직하게, 이러한 경우의 설비 유형은 소위 클러스터 시스템(Cluster system)이다. 이러한 유형의 시스템에서 이송 튜브 챔버 및 공정 챔버 또는 복수의 챔버들은 사실상 중심 이송 챔버를 중심으로 둘레에 배치된다. 하나 보다 많은 이송 튜브 챔버 및 특히 복수의 공정 챔버의 경우, 이들 챔버는 중심에 위치하는 이송 챔버를 중심으로 일종의 별 모양의 배열로 배치된다. 이송 장치는 이와 같이 중심에 위치하는 이송 챔버 내에 존재하고 한편으로는 적어도 하나의 이송 튜브 챔버에 대해 그리고 다른 한편으로는 공정 챔버에 대해 접근이 가능하다. 이송 챔버와 나머지 챔버들 사이에 통상적으로 그리고 바람직하게 소위 이송 튜브 밸브가 배치되어, 챔버들은 서로에 대해 이송 튜브 과정에서 또는 공정 단계에서 서로 격리될 수 있다. 웨이퍼의 이송 과정에서 이송 장치는 개방된 이송 튜브 게이트(gate)를 통과하여 웨이퍼를 목적하는 장소에 위치시킨다.
이송 장치는 웨이퍼를 한 평면에서 전달하는 방식으로 이동시키므로 두 개의 이동 방향으로 이동시킨다. 중심의 이송 챔버 내에 배치된 이송 장치를 구비한, 위에서 언급된 바람직한 클러스터 시스템의 경우 이송 장치는, 통상적으로 회전 중심을 중심으로 회전하여 회전 이동 방향을 형성하는 장치로서 구성되고 추가로 두 개의 이송 이동이 상기 회전 중심에 대해 반경 방향으로 상기 회전 중심으로부터 멀리 그리고 가까이 왕복으로 이루어질 수 있는 장치로서 구성된다. 이러한 이송 장치에서, 예를 들어 수평면에서 회전 가능하고 종방향으로 조절 가능한 아암(arm) 메커니즘에서, 이송될 웨이퍼는 상기 아암의 단부 영역에 위치한다. 이어서, 이러한 유형의 배치는 큰 경로 거리에 걸쳐, 예를 들어 1m 이상의 크기로 간단하게 웨이퍼를 이송 튜브 챔버로부터 이송 챔버로, 다시 이로부터 공정 챔버 내로 도입 및 배출 이송시킬 수 있으며, 상응하게 개방된 이송 튜브 게이트를 통해 통과시킬 수 있다. 웨이퍼는 대기에서 이송 사이클의 시작 시에 가능한 한 정밀하게 그리고 항상 동일한 위치에 이송 장치 상에 위치하게 됨으로써, 이후 웨이퍼는 또한 정밀하게 사전 설정된 위치에 이송될 수 있다. 웨이퍼를 이송 장치 상에 위치시키는 것뿐만 아니라, 이송 장치 자체도 특정한 비정확성 또는 공차 오류와 관련된다. 또한, 이송 장치 상에서 웨이퍼 위치의 다른 비정확성 또는 변위는 공정 단계에서 공정 챔버 내의 영향에 의해 발생할 수도 있다.
특히, 디스크형 공작물의 처리 시 상기 공작물이 직경에 비해 매우 얇아서 상응하게 공작물이 심하게 휘게 되는 경우에 문제가 발생한다. 즉, 특히 약 십 분의 수 밀리미터 두께인 반도체 웨이퍼의 경우, 예를 들어 바람직하게 100mm 내지 300mm의 직경에서 0.07 내지 0.3mm와 같은 두께의 경우이다. 이러한 경우, 휨은 각각의 받침대의 유형에 따라 십 분의 수 밀리미터 내지 수 밀리미터의 영역에 달한다. 이러한 경우 특히 휨의 크기가 상이할 수 있기 때문에, 이송 장치의 내부에서 정확한 처리 및 위치 설정이 현저히 어려워진다. 예를 들어, 카세트(cassette)로부터 공정 단계 또는 진공 공정 설비의 챔버와 같이 목적하는 위치로 반도체 웨이퍼를 조작하거나 이동하는 데에 특히 문제가 많다. 이러한 유형의 설비에서 반 도체 웨이퍼를 카세트로서 구성된 매거진 내에 수평으로 위치시키고 이로부터 제거하여 웨이퍼를 이러한 작은 공간에서 중간 저장한다. 이러한 경우 특히 심하게 휘는 웨이퍼에서는 정밀 조작 및 목적하는 장치의 협소함 및 조작의 안정성과 관련하여 어려움이 발생한다.
유럽 특허 제EP 0 696 242 B2호에는 반도체 웨이퍼를 위한 이송 장치가 공지되어 있는데, 상기 이송 장치는 높이가 조절 가능하고 자체 축을 중심으로 회전하는, 수평면에서 이동 가능한 캐리어 아암 또는 캐리어 요소를 구비한 조작 로봇을 사용하여 원형의 반도체 디스크를 들어 올리거나(lift) 위치시키고(place) 다른 위치에 제공할 수 있다. 이로써, 예를 들어 공작물은 이송 아암을 사용하여 카세트로부터 제거되어 공작물이 가공 처리되는 다른 위치로 이송될 수 있다. 진공 공정 설비의 경우, 공작물은 대기 중으로부터 설비 내에 또는 다양한 챔버들 사이의 설비 내에 도입 및 제거되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 위에서 언급된 로봇의 캐리어 아암은 필요한 방식으로 의도하는 공작물의 이송을 위해 공작물을 파지하고 상응하는 이송 튜브 게이트를 관통하며 제어되어야 한다. 이러한 경우 공작물의 중간 저장을 위해 각각의 설비 구조에 따라 카세트가 사용되며, 이러한 카세트는 협소한 공간에 복수의 공작물을 수용할 수 있고 설비의 외부에서 및/또는 설비의 내부에서 사용된다. 상기 특허 문헌에 제공된 장치에 의해 이러한 유형의 이송 장치가 구현될 수 있다. 이러한 공지된 이송 장치의 경우, 공작물은 평평하게 유지되는 것으로 규정되고 또한 크기도 규정된 것을 전제로 한다. 공작물의 조작뿐 아니라 상응하는 전자 센서 또는 광학 센서를 사용하는 기판의 검출도 이러한 전제 조건으로부터 출발하고 있다.
그러나, 심하게 휘게 되는 얇고 큰 평평한 공작물의 경우 이러한 장치로는 현저한 문제점이 발생하며 이에 대한 해결책은 제시되어 있지 않다. 이러한 경우, 상기 유형의 이송 장치는 상응하는 기능면에서 장치의 한계를 갖고 작동되며, 이는 상기 유형의 작동 안정성을 감소시킨다.
본 발명의 목적은 위에서 언급된 종래 기술의 단점을 제거하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 얇고 휘는 디스크형 공작물, 특히 반도체 디스크의 이송을 위한 장치 및 방법을 제공하는 것으로서, 고도로 정밀하고 신뢰할 수 있으며, 특히 가능한 한 공작물 불량이 없어서, 제작 공정에 높은 경제성을 달성할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 이러한 목적은, 청구범위 제1항에 따른 공작물을 위한 이송 장치 및 제12항에 따른 방법에 의해 달성된다. 다른 바람직한 실시예는 종속항에 제시된다.
본 발명의 해결책에 따르면, 평평한 공작물의 휨이 자연스런 상태까지 허용되며 이러한 공작물의 변형에 공작물의 조작 및 검출이 고려되며, 이송 공정의 시작 시에 분명하게 규정되고 전체 공정 중에 유지되는 위치 또는 장치와 관련하여 조정된다. 모든 조작 요소 및 검출 요소는 공정 설비에 해당되는 장치들에 의해 공정 설비에서 공작물의 시작 상태와 관련하여 기계적 및 전기적으로 제공되는 공차 영역 및 한계를 고려하면서 공작물에 대해 집중된다. 이러한 경우 공정 설비는, 설비 내에서 분명하게 규정된 구역에 위치하지 않는 모든 영역들이 이송 공정 또는 조작 공정의 기능 또는 신뢰성에 중요한 영향을 미칠 수 없는 방식으로 구현된다.
본 발명은 디스크형 공작물, 특히 반도체 웨이퍼를 위한 이송 장치를 포함하며, 상기 이송 장치는 공작물을 사실상 수평으로 수용하기 위해 두 개의 연장된 캐리어 요소가 단부에 이격되어 배치된 수평으로 제어 이동 가능한 이송 아암을 구비하고, 복수의 공작물을 사실상 수평으로 수용하기 위해 두 개의 대면하여 위치하는 측면에 빗살 구조를 포함하는 카세트가 제공되며, 상기 캐리어 요소 및 빗살 구조는, 이들이 빗살 구조 중 두 개의 인접하여 이격된 빗살 사이에 마찬가지로 그 사이에 위치된 공작물과 접촉 없이 유입될 수 있어서 카세트 및 이송 아암에 대해 상대적인 추가의 수직 이동을 사용하여 공작물을 들어 올리거나 위치시킬 수 있도록 구성되며, 캐리어 요소는, 카세트 결합의 경우 사실상 빗살 구조에 대해 각각 인접하여 평행하게 빗살을 따라 캐리어 요소가 위치 설정되고 이러한 영역에서 두 개의 인접한 빗살면을 따라 그리고 빗살면 사이에 카세트의 한 측면 및/또는 양 측면에 공작물의 검출 및 공작물의 위치 설정을 위한 스캐닝 빔이 제공되어 스캐닝 빔이 카세트에 대해 상대적인 높이에서 위치 설정될 수 있도록 구성되며, 이때 상기 스캐닝 빔은 수평 공작물 평면에 대해 작은 각도만큼 편향되어 안내된다.
이제, 본 발명은 이하의 실시예와 개략적인 도면을 참조로 더욱 상세히 설명된다.
도1은 예를 들어 반도체 웨이퍼와 같은 디스크형 공작물의 다양하게 휜 예를 갖는 다양한 단면도 및 평면도이다.
도2a는 지지대의 영역에서 가능한 최대로 휜 공작물을 도시한 도면이다.
도2b는 규정된 가능한 지지대 영역인 조작 구역을 갖는 공작물의 평면도이다.
도3a는 부분적으로 휜 복수의 공작물이 내부에 위치한 카세트의 단면도이다.
도3b는 공작물을 갖는 카세트의 평면도이다.
도4a는 도3a에 상응하는 카세트의 단면도이다.
도4b는 지지대 영역에서 공작물을 갖는 한 측면에 대한 빗살 구조를 갖는 카세트의 상세도이다.
도4c는 제공된 조작 접근 구역을 갖는 공작물의 평면도이다.
도5는 조작 접근 구역 내에 지지되는 캐리어 요소 상의 지지대가 도시된 공작물의 평면도이다.
도6a는 빗살 구조를 따라 스캐닝 빔이 도시된 공작물의 단면도이다.
도6b는 가능한 다양하게 휜 상태로 카세트 내에 위치된 공작물의 단면도이다.
도6c는 스캐닝 빔에 대해 지지대 영역에서 스캐닝 빔에 대한 단면으로 카세트의 한 측면에 대한 도6b에 따른 상세도이다.
도6d는 공작물에 대한 스캐닝 빔의 이미지 형성 구역이 도시된 카세트 내의 공작물의 평면도이다.
도7a는 핀 상의 지지대를 갖는 휜 공작물의 단면도이다.
도7b는 공작물 하부에 안내된 캐리어 요소를 갖는 도7a에 따른 공작물의 평면도이다.
도8a는 카세트 내에 위치하고 비틀어지게 휜 공작물의 단면도이다.
도8b는 도8a에 따른 카세트의 빗살 구조 영역에 대한 상세한 단면도이다.
도8c는 캐리어 요소 상에 위치한 비틀림을 갖는 공작물의 평면도이다.
도8d는 형성된 캐리어 요소를 갖는 비틀림을 갖는 공작물의 단면도이다.
도9a는 방사 방향으로 배치된 캐리어 요소를 갖는 공작물을 위한 캐리어 플레이트의 평면도이다.
도9b는 원형으로 배치된 캐리어 요소를 갖는 공작물을 위한 또 다른 캐리어 플레이트의 평면도이다.
도10a는 두 개의 이송 로봇을 갖는 이송 장치의 평면도이다.
도10b는 공작물의 배향을 위한 장치의 평면도이다.
완전 자동화된 진공 공정 설비에서, 디스크형 공작물의 표면 처리 및 특히 실리콘 및/또는 게르마늄으로 이루어진 반도체 웨이퍼의 표면 처리를 위해 이들 부품은 로봇 장치를 사용하여 정밀하게 이송되어야 한다. 한 위치에서 다른 위치로의 공작물의 이송은 정밀하게 재생될 수 있어야 하고 공작물의 손상 없이 이루어져야 한다. 복수의 공작물(7)은 카세트(20) 내에 위치하거나, 예를 들어 공작물을 진공 대기로부터 이송 튜브를 통해 이송한 다음 가공 처리할 수 있도록 카세트로부 터 제거된다. 예를 들어 공작물의 피복 또는 에칭과 같이 소정의 공정 단계에서 가공 처리한 이후, 공작물은 조작 로봇을 이용하여 다시 이송 튜브를 통해 카세트 내에 복귀된다. 또한, 진공 공정 설비는 하나 또는 복수의 조작 로봇이 사용되는 복수의 공정 단계를 포함한다. 이러한 유형의 공정 설비에서 평평한 디스크형 공작물(7)은 통상적으로 수평 방향으로 이송된다. 이를 위해, 도10a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 고유의 축(66, 67)을 중심으로 회전 가능하고 상기 회전축(66, 67)에 대한 횡방향의 수평 방향으로 이동 가능하여 공작물(7)을 상기 축에 대해 횡방향으로 이송할 수 있는 이송 아암(61, 60)을 포함하는 조작 로봇이 사용된다. 이송 요소(26, 27)가 공작물(7) 하부로 이동된 다음 카세트(20) 또는 받침대(62, 42, 54)로부터 상대 이동에 의해 수직 상대 이동으로 들어 올려지거나 위치하게 됨으로써 공작물이 수용되거나 위치하게 된다. 이러한 상대 이동은, 카세트 또는 받침대가 상응하게 수직으로 이동되거나 바람직하게는 조작 로봇이 상응하게 수직으로 이동함으로써 이루어진다. 이러한 과정들은 매우 정밀하게 실행되어야 하며, 해당 요소에서 연삭 또는 마모 이동이 발생해서는 안되는데, 이는 의도하지 않은 파손 및 입자 형성을 유발함으로써, 민감한 진공 공정에 바람직하지 않은 영향을 줄 수 있어 제조 불량을 유도할 수도 있다. 또한, 얇고 평활한 대형 디스크형 공작물(7)이 가공 처리되어야 하고 이송되어야 하는 경우, 이러한 유형의 공작물은, 심하게 휘거나 비틀어질 수 있어서 신뢰할 수 있는 이송 메커니즘의 기능이 영향을 받을 수 있기 때문에 상황은 더욱 어렵게 된다. 반도체 제조의 경우 최근에는 경제성을 더욱 향상시키기 위해 더욱 커진 직경을 갖는 공작물 디스크가 사용되며, 상기 디스크는 점점 더 얇아지고 있어서, 휨에 대한 문제점이 심해지고 있다. 최근 0.07mm 내지 0.6mm의 두께에서 디스크의 직경은 100mm 내지 300mm가 사용된다. 이로부터 각각의 상황에 따라, 수십 분의 일 밀리미터에서 또는 수 밀리미터의 영역에 이를 수 있는 휨이 발생한다.
공작물(7)의 지지대를 위해 바람직하게, 캐리어 요소(26, 27)를 형성하는 두 개의 직선 형태의 지지대(1)가 제공되며, 이는 도1에 개략적으로 도시된다. 직선 형태의 지지대(1)는, 디스크형 공작물(7)이 양측의 가장자리 영역에서 지지선(6)을 따라 지지대(1) 상에 지지되는 방식으로 사실상 서로에 대해 평행하게 배향되고 서로 이격된다. 이러한 양측 지지대(1)는 바람직하게, 로드(rod) 형태의 캐리어 요소(26, 27)로서 형성된다. 도1에는 공작물으로서 다양한 유형으로 가능하게 휜 반도체 웨이퍼가 도시되어 있다. 비교적 두꺼운 웨이퍼(2)는 사실상 전혀 휘지 않아서 지지대(1) 상에 평평하게 지지된다. 얇은 웨이퍼는 자체 중량에 의해 아래쪽으로 휠 수 있거나(3) 내부 응력에 의해 위쪽으로 휠 수 있다(4). 통상적으로 이러한 휨은 실린더형이지만, 또한 상이하게 배향된 복수의 실린더 형태로 이루어진 조합일 수 있다. 이러한 휨의 조합은 웨이퍼의 배사형(anticline) 비틀림을 포함하는 휨 프로파일(5)을 유도한다. 표준형 진공 공정 설비에서 반도체 디스크를 가공 처리하기 위해, 이들 웨이퍼는 복수의 웨이퍼를 포함하고 있는 카세트 내에 도입된다. 이러한 유형의 카세트(20)에서 웨이퍼는 가장자리 영역에 평행하게 안내된 지지 설부 상에 위치하여, 공작물의 평면은 사실상 자유롭다. 이에 의해 단지 지지 영역 내에 위치하는 웨이퍼의 해당 구역만, 공작물이 얼마나 휘는 지에 상관없이 수직 위치에서 양호하게 규정된다. 이러한 위치는 웨이퍼(7)의 주연 영역에서 두 개의 현(chord)을 형성하는 지지선(6)을 특징으로 한다. 이들 지지선(6)으로부터 멀리 떨어진 웨이퍼 표면 상의 장소들은 수직 위치에서 공지되지 않거나 규정되지 않는다.
조작을 위해 사용될 수 있는 지지선(6) 주변 영역을 규정하기 위해, 즉 웨이퍼의 지지 및 검출을 위해 시스템 공차 영역(8)은 수직 방향에서 결정되며, 이는 도2a의 단면도에 도시된 바와 같다. 위쪽으로(9) 그리고 아래쪽으로(10) 최대로 가능한 웨이퍼의 휨이 고려되는 경우, 공작물 평면의 수평면으로부터 편향된 각도, 즉 상향 각도(9) 및 하향 각도(10)가 지지대(1)에 대해 형성되며, 이로부터 결국 최대 조작 구역의 폭(11)이 규정되며, 이러한 폭은 공작물에서 양측에 조작 구역(12, 13)을 규정한다. 따라서, 사실상 평행한 두 개의 이격된 띠 형태의 조작 영역(12, 13)이 형성되며, 이들 영역은 도2b의 평면도에 도시된 바와 같이 디스크형 공작물의 주연 영역에 위치한다.
얇은 공작물(7)을 위한 카세트(20)에 대해 위에서 규정된 바와 같은 규칙이 적용되는 경우, 도3a의 단면도 및 도3b의 평면도에 도시된 바와 같이 공작물(7)의 지지 구역이 두 개의 평행한 구역(12, 13)으로 공작물(7)의 주연 근처에서 한정되는 것을 알 수 있다. 세미 스탠드(SEMI Stand) 방식에 따른 통상적인 웨이퍼 카세트(20)에서 공작물의 양측에 각각 하나의 추가의 단부 지지 수단(14, 15)이 제공되는데, 이들 수단은 카세트(20)의 내부 영역으로 돌출된다. 도3b에 점선으로 도시된 이러한 유형의 내부 돌출형 지지 수단(14, 15)은 본 발명의 경우에 사용될 수 없다. 공작물(7)의 수평 위치를 카세트 내에서 한정하거나 규정하기 위해, 정지 수단(16, 17)이 제공되는데, 이들 수단은 지지대(18, 18') 사이의 카세트 내부 영역을 단지 점으로만 필요로 하거나, 지지대 및 조작 구역(12, 13)의 영역에서 이들 영역을 따라 검출 수단을 위한 관통 요소를 가능하게 한다. 따라서, 정지 수단으로서 얇은 로드 형태의 요소(16, 17)가 바람직하다. 카세트(20)는 양측에 슬롯 형태의 장치를 형성하는 빗살 형태의 구조(18, 18')를 포함하며, 이는 주연 영역에서 디스크형 공작물(7)을 수용하고 지지할 수 있다. 이에 의해 카세트(20)는 복수의 공작물(7)을 수용하기 위한 복수의 수용 슬롯을 구비한 장치를 형성한다. 이러한 경우, 인접하여 도입된 공작물(7)이 휜 경우에도 접촉하지 않는 것을 방지하기 위해 빗살 구조는 충분히 큰 빗살 거리(19)를 포함하는 것이 중요하다. 예를 들어 아래쪽으로 휜 공작물(3)들과 평평한 공작물(2)이 사용되는 경우, 빗살 거리(19) 공작물(7)의 아래쪽 방향으로 휘는 정도(3)보다 더 커야만 한다. 위쪽으로뿐 아니라 아래쪽으로도 휜 공작물(7)이 사용되는 경우, 빗살 거리(19)는 위쪽 및 아래쪽으로 예상되는 최대 휨의 합보다 커야만 한다.
공작물(7)을 들어 올리거나 지지할 수 있도록, 로봇 캐리어 아암의 단부에 캐리어 요소(21, 22)가 배치되며, 캐리어 아암 상에 공작물(7)이 위치된다. 수평으로 이동 가능한 로봇의 캐리어 아암에 캐리어 요소 지지부(28)가 부착되며, 이러한 지지부에 두 개의 연장되고 이격되어 평행하게 배치된 캐리어 요소(26, 27)가 배치되며, 이들 캐리어 요소는 바람직하게 로드 형태로 구성되며, 이는 도5에 따른 평면도에 도시되어 있다. 도5에 도시된 바와 같이, 디스크형 공작물, 즉 반도체 웨이퍼(7)는 캐리어 요소(26, 27) 상에 위치된다. 캐리어 요소(26, 27)의 두께는 제한되는데, 즉 두께는 캐리어 요소가 카세트 내에서 인접한 두 개의 공작물(7) 사이에 접촉 없이 후속하여 공작물(7)을 들어 올리거나 카세트 내에 위치시키도록 충분히 얇아야 한다. 따라서, 캐리어 요소(26, 27)는 바람직하게 로드 형태로 구성되고, 조작 공차를 추가로 상승시킬 수도 있는 캐리어 요소의 바람직하지 않은 휨이 가능하지 않도록 충분한 강도를 포함해야 한다.
캐리어 요소(26, 27)는 공작물(7)의 들어 올림 및 이송 시 디스크형 공작물(7)의 하부면에 직접 위치한다. 그 결과 캐리어 요소(26, 27) 둘레에는 각각 하나의 띠 형태의 허용되는 조작 구역(24, 25)이 규정되며, 이들 구역 내에서 캐리어 요소(26, 27)는 조작 시에 이동되어야 한다. 캐리어 요소(26, 27)의 크기 설정은 충전된 카세트(20)에서 개방된 측정에 의해 결정된다. 도4a에서, 예를 들어 카세트(20) 내에 있는 웨이퍼(3)가 도시되어 있는데, 상기 웨이퍼는 평평한 웨이퍼(2)에 대해 아래쪽으로 휘어져 카세트의 슬롯 내에 위치한다. 아래쪽으로 휜 웨이퍼(3)는 캐리어 요소(26, 27)를 이용하여 카세트 슬롯으로부터 들어 올려 제거되어야 한다. 캐리어 요소(26, 27)의 최대 허용 두께(21)는 상부에 위치하는 웨이퍼(3)와 하부에 위치하는 웨이퍼(2) 사이의 이용될 공간에 따르고 웨이퍼를 카세트 내에 또는 카세트로부터 이동시키기 위해 필요하게 되는 조작 공차에 따르며, 이는 도4b에서 중요한 가장자리 영역에 단면으로 도시된 바와 같다. 빗살 근처의 영역에서 인접한 웨이퍼들(2, 3) 사이의 가능한 큰 거리는 사실상 빗살 거리(19)에 상응하며, 이러한 거리의 상태는 허용되는 조작 구역의 폭(23)의 외측 위치를 형성하 고 허용되는 조작 구역 폭(23)의 내측 한계는 빗살 구조(18)로부터 약간 더 이격되며, 이는 캐리어 요소(26, 27)의 직경(21)에 의해 제한되고 웨이퍼들의 서로에 대한 접촉 없이 웨이퍼(2, 3)의 휨에 따른다. 이러한 두 개의 가능한 위치로부터 허용되는 조작 구역 폭(23)이 형성되며, 상기 폭은 도4b 및 도4c에 도시된 바와 같이 허용되는 조작 구역(24, 25)을 결정해야 하고 조작 구역(12, 13)의 내부에 위치해야 한다.
카세트 이미지 형성 시스템의 구성을 위한 규정은 도6a 내지 도6d를 참조하여 이후 상세하세 설명된다. 공지된 이미지 형성 시스템의 경우, 예를 들어 판독 센서(29) 및 반사기(30)가 웨이퍼 표면에 대해 평행하고 웨이퍼의 외부에 대면하여 배치되는 반사 레이저 시스템이 사용된다. 또한, 판독 센서(29)는 레이저 스캐닝 빔(31)의 공급원이며, 상기 빔은 마찬가지로 웨이퍼 표면에 대해 평행하게 진행되고 반사기(30)에서 판독 센서(29)에 대해 반사된다. 스캐닝 빔(31), 판독 센서(29) 및 반사기(30)를 구비한 이러한 방사선 조사 장치는 공지된 방식으로 웨이퍼 평면의 중심선 영역 근처에 안내된다. 웨이퍼가 스캐닝 빔(31)의 영역 내로 이동되면, 스캐닝 빔은 중단되어 위치가 검출된다. 이와 같은 공지된 방법은 두께가 0.6mm보다 큰 비교적 두꺼운 공작물 또는 반도체 웨이퍼의 경우에 사용된다. 얇은 웨이퍼의 경우에, 상기 방법이 검출을 위해 사용되면 문제가 발생한다. 웨이퍼가 스캐닝 빔(31)의 직경 보다 얇지만, 그럼에도 불구하고 평평한 경우, 스캐닝 빔(31)은 웨이퍼(2)에 의해 중단되지 않는다. 이미지 형성 시스템이 카세트(20)의 충전되거나 충전되지 않은 슬롯을 검출해야 하는 경우, 이는 신뢰할 수 있게 검출 될 수 없는데, 웨이퍼(2)의 중심 영역이 한편으로는 위쪽으로 휜 웨이퍼(4) 또는 아래쪽으로 휜 웨이퍼(3)에 속할 수 있는데, 이는 도6a, 도6b 및 도6c의 단면도에 개략적으로 도시된 바와 같다.
첫 번째 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따라 얇은 웨이퍼를 위한 판독 센서(32) 및 해당되는 반사기(33)는 웨이퍼(2, 3, 4)의 외부에 대면하여 위치하게 배치되고 추가로 판독 센서(32) 및 반사기(33)는 웨이퍼의 외부에서 약간 옵셋 배치되어, 스캐닝 빔(35)이 평평한 웨이퍼 평면(2)에 대해 약간 편향되도록 안내되며, 이로부터 바람직한 편향 각도(34)는 0.5° 내지 2.0°의 영역에서 구현된다.
스캐닝 빔(35)의 작은 편향 각도(34)는, 제공된 웨이퍼보다 현저하게 더 큰 두께(36)가 소위 드러나는 두께(36)를 포함하는 방식으로 스캐닝 빔(35)의 방향에서 웨이퍼의 투영을 생성한다.
판독 센서(32) 및 반사기(33)를 구비한, 얇고 휠 수 있는 웨이퍼(2, 3, 4)를 위한 스캐닝 빔(35)은 웨이퍼 주연의 가장자리 영역에 배치되며, 즉 카세트(20)의 빗살 구조(18, 18')의 영역에 배치된다. 스캐닝 빔 방향으로 관측 방향에서 공지된 시스템이 경우 통상적인 바와 같이 점 형태의 빔이 나타나는 것이 아니라, 도6c에 상세히 단면도로 도시된 바와 같이 스캐닝 빔 편향 각도(34)의 변수에 따라 웨이퍼(2, 3, 4)의 드러나는 두께가 나타난다. 따라서, 스캐닝 빔(34)은 평평한 웨이퍼(2) 이외에 상응하게 위쪽으로 휘거나 아래쪽으로 휜 웨이퍼(3, 4)를 검출할 수 있으며, 이에 의해 두 번째 문제가 해결될 수 있다. 상기 두 번째 문제를 분명하게 결정할 수 있도록, 스캐닝 빔(35)이 안내되는 카세트(20)의 빗살 구조(18, 18') 영역 근처에서는 동일한 슬롯 장치 내에서 위쪽으로 휜 하나의 웨이퍼(4)와 아래쪽으로 휜 하나의 웨이퍼(37) 사이의 수직 거리(d)가, 편향된 스캐닝 빔(35)에 사전 제공된 드러나는 두께(36)보다 더 작은 것에 주목해야 한다. 웨이퍼(3, 4)의 위쪽 및 아래쪽으로의 공지된 최대 가능한 휨도에서, 최대의 이미지 형성 구역 폭(38)이 결정될 수 있다. 그 한계는, 위쪽으로 휜 웨이퍼(4)와 아래쪽으로 휜 웨이퍼(3)가 빗살 구조(18, 18')의 인접한 하나의 슬롯 내에 위치하는 경우 이들 웨이퍼(3, 4)가 교차하게 되는 빗살 구조(18, 18')의 첨부에 의해 형성된다. 따라서, 휘는 얇은 웨이퍼를 신뢰할 수 있게 검출할 수 있도록 두 개의 조건이 유지되어야 한다. 첫째 조건으로서, 언급된 바와 같이 편향된 스캐닝 빔(35)의 영역에서 드러나는 두께(36)는 위쪽으로 휜 웨이퍼(4)와 아래쪽으로 휜 웨이퍼(3)가 카세트(20)의 동일한 슬롯 내에 위치하는 경우 위쪽으로 휜 웨이퍼와 아래쪽으로 휜 웨이퍼 사이에서 레이저 빔 영역에서의 최대 가능한 거리(d)보다 커야한다. 둘째 조건으로, 측정 시스템을 위해 실제로 결정된 조작 구역 폭(39)은 최대 이미지 형성 구역 폭(38)의 내부에 위치하는 것이 충족되어야 한다. 이렇게 결정된 조작 구역 폭(39)으로부터 웨이퍼의 양측에서 카세트(20)의 빗살 구조(18, 18') 근처에 위치하는 두 개의 이미지 형성 구역(40, 41)이 형성된다. 이들 구역 내에 그리고 스캐닝 빔과 함께 직선상에 위치하는 판독 센서(32) 및 반사기(33)의 외부에 스캐닝 빔(35)이 안내될 수 있다. 이러한 방식으로 이미지 형성 구역(40, 41)의 내부에서 각각의 규정된 얇은 웨이퍼는 상기 구역 내부의 임의의 장소에서 검출될 수 있다.
통상적으로, 도7a의 단면도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼는 공정 단계에서 가 공 처리되기 전에 평평한 표면(42) 상에 위치 설정되어 배치되는 방식으로 웨이퍼의 조작이 이루어진다. 웨이퍼가 표면 상에 정확하게 위치될 수 있도록 시스템을 조절하기 위해, 지지대를 갖는 카세트 내에서와 같이 웨이퍼의 조작 구역(12, 13)과 관련된, 본래의 지지대 위치가 형성된다. 이러한 형성 또는 유지를 위해, 도7a 및 도7b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 핀으로도 불리는 웨이퍼 지지핀(54)이 사용되며, 상기 핀 상에 웨이퍼(3)가 위치하고 받침대(42)와 웨이퍼(3) 사이의 거리는 충분히 커서 그 사이에 캐리어 요소(26, 27)가 도입될 수 있도록 제공된다. 웨이퍼 지지핀(54)은 이러한 과정을 위해 바람직하게 위로 돌출함으로써, 웨이퍼(3)는 받침대(42)로부터 위로 들려져 있고, 웨이퍼가 상응하게 얇은 경우 휘게 된다. 웨이퍼(3)를 들어 올리기 위해, 또한 웨이퍼 받침대(42)도 수직 방향으로 이동될 수 있으며, 또한 웨이퍼와 받침대(42) 사이의 거리를 형성하기 위한 다른 유지 요소가 소위 웨이퍼 지지핀(54)으로서 사용될 수도 있다. 웨이퍼(3)를 받침대로부터 들어 올리거나 받침대에 위치시키기 위해, 반도체 웨이퍼(7)에 대한 예를 사용하여 도7b에 따른 평면도에 도시된 바와 같이, 웨이퍼는 캐리어 아암(26, 27)이 도입된 상태에서 이송 과정을 위해 규정된 조작 구역(12, 13)의 영역 내에만 위치하며, 상기 캐리어 아암은 로봇 아암에 고정된 캐리어 요소 지지부(28)에 유지된다.
모든 웨이퍼가 시스템에 의해 규정되는 조작 구역에 평행하게 실린더 축을 따라 휘는 것은 아니다. 또한, 카세트 내의 웨이퍼는 바람직하지 않은 경우, 웨이퍼가 실린더 수직에 대해 평행하게 지지선에 대해 휘는 방식으로 휠 수도 있다. 이러한 유형의 웨이퍼가 아래쪽으로(44) 또는 위쪽으로(43) 휘고 카세트(20) 내에 위치 설정된 경우, 상기 형태의 실제의 투영 및 규정이 위에서 기술된 바와 같은 웨이퍼로부터 그리 매우 상이하지는 않다. 캐리어 요소(26, 27)의 단면(45) 결정 및 다른 변수들은 동일하게 드러나고 시스템의 상이한 구성을 유도하지 않는다. 추가로 캐리어 요소(26, 27)는 도8d의 단면도에 도시된 캐리어 요소(47)의 예에서와 같이, 휜 웨이퍼에 스스로 적응되도록 변형되어 형성될 수도 있다. 본 실시예에서, 캐리어 요소(47)는 웨이퍼(46)의 주연 영역에 제공된 각각 하나의 계단(48)을 구비하여, 웨이퍼(46)가 가운데 영역에서 아래쪽으로 휠 수 있고, 이에 의해 사전 설정된 의도하는 형태로 바람직하게 소정의 평평한 평면 내에 적응될 수 있어서, 사실상 위에서 언급된 관측을 직접 수용할 수 있게 된다. 바람직하게, 웨이퍼가 이송 중에 변위되는 것을 이송 도중에 방지하기 위해, 가장자리 영역에 웨이퍼를 고정시킬 수 있도록 캐리어 요소(47) 상에 추가의 계단이 제공될 수 있다. 또한, 캐리어 요소(47)는 하나의 재료로 구성되거나, 더욱 큰 표면 마찰을 생성하여 위에서 언급된 효과를 감소시키는 상응하는 재료로 피복될 수 있는 장점을 갖는다.
웨이퍼 공정 설비에서 웨이퍼 이송 라인 방법이 사용되지 않는 유일한 위치는 웨이퍼 회전 장치 단계이며, 여기서 웨이퍼는 웨이퍼의 평면 배향으로 공작물 마아커(marker)(7a)의 반대편에 배열된다. 이 단계에 도달된 웨이퍼는 규정에 따라 통상적으로 상응하는 마아커(7a)에 대해 배열되지 않는다. 이는, 지지축이 웨이퍼 마아커(7a)의 반대편에 우연히 배향됨을 의미한다. 이러한 단계의 목적은 웨이퍼를 계속해서 가공 처리하기 위해, 분명하게 규정된 회전 위치에 웨이퍼를 제공하는 것이다. 이는 웨이퍼가 회전되어야 하는 것을 의미한다. 또한, 회전 이동은 웨이퍼의 중심을 중심으로 지지선의 회전을 유도하며, 즉 지지선이 상이하게 전후로 조정되는 것을 의미한다. 이를 고려하기 위해, 조작되어야 하는 웨이퍼 영역은 웨이퍼의 높이 및 각각의 회전 위치에서 정확하게 규정되는 것이 중요하다. 이를 달성하기 위해, 유리하게 웨이퍼에 대한 원형의 지지가 구현되며, 상기 지지는 지지선 또는 이미지 형성 구역(40, 41)에 가능한 한 근접하여 위치한다. 도9b에 도시된 바와 같이, 이미지 형성 구역(40, 41) 상태의 직경에 근접하는 직경을 갖는 원형의 지지 수단(51)을 포함하는 지지판(50)이 사용된다. 웨이퍼를 지지하는 지지 장치가 방향(52)으로 회전되는 경우, 조작 시스템은 항상 웨이퍼를 상기 방향으로 들어 올릴 수 있는 상태가 된다. 개별적인 원형의 받침 장치(51)는 웨이퍼의 실린더형 변형이 발생하는 경우에 특히 적합하다. 도9a에 도시된 바와 같이, 웨이퍼를 지지하기 위해 웨이퍼가 지지판(50) 상에서 반경 방향으로 배치된 받침 장치(53)에 의해 지지된 경우 유사한 결과가 달성될 수 있다. 이러한 구조는 공작물이 전체적으로 실린더형으로 휘지 않은 경우 유리하게 사용될 수 있다.
반도체 웨이퍼이 가공 처리를 위한 몇몇 진공 공정 설비에서, 공작물을 조작 및 이송하기 위해 두 개 이상의 로봇 시스템이 사용된다. 중요한 구조는, 예를 들어 제1 로봇(60)이 설비에서 대기 중에, 소위 반도체 산업 분야에서 언급되는 바와 같이 프론트(Front)-엔드(End)에 위치되는 구조로서, 이에 의해 웨이퍼는 카세트 내에 도입되거나 카세트로부터 이송된다. 제2 로봇(61)은 웨이퍼를 공정 단계 내로 이송시키고 공정 단계로부터 이송시키기 위해 진공 공정 설비에서 진공 중에 위치될 수 있다. 웨이퍼를 이송 튜브를 통해 대기로부터 진공 내로 이송시키고 복귀 시킨 다음, 웨이퍼를 로봇(60)으로부터 진공 챔버 내부에 존재하는 로봇(61)에 이송시키기 위해, 두 개의 로봇(60, 61) 사이에 기판 전달 단계(62)가 위치한다. 이러한 기판 전달 단계가 두 개의 로봇 회전 중심(66, 67) 사이의 연결 라인에 배치되지 않는 경우, 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같이 제1 로봇 시스템에 의해 위치(63)에 놓인 웨이퍼(7)는, 위치(64)에 놓이는 것이 필요한 경우 제2 로봇 시스템에 대해 올바른 각도로 배향되지 않은 것이다. 이러한 경우, 기판 전달 단계(62)에는, 두 개의 필요한 웨이퍼 위치(63, 64) 사이의 각도 편차만큼 웨이퍼를 회전시킬 수 있는 수단(62)이 제공되어야 한다.

Claims (11)

  1. 디스크형 공작물(2, 3, 4, 5, 7)을 위한 이송 장치로서, 상기 이송 장치는 공작물을 사실상 수평으로 수용하기 위해 두 개의 연장된 캐리어 요소(26, 27)가 단부에 이격되어 배치된 수평으로 제어 이동 가능한 이송 아암을 구비하고, 복수의 공작물(7)을 사실상 수평으로 수용하기 위해 두 개의 대면하여 위치하는 측면에 빗살 구조(18)를 포함하는 카세트가 제공되며, 상기 캐리어 요소(26, 27) 및 빗살 구조(18)는, 이들이 빗살 구조(18)의 두 개의 인접하여 이격된 빗살 사이에 마찬가지로 그 사이에 위치된 공작물과 접촉 없이 유입될 수 있어서 카세트(20) 및 이송 아암에 대해 상대적인 추가의 수직 이동을 사용하여 공작물을 들어 올리거나 위치시킬 수 있도록 구성되는 디스크형 공작물을 위한 이송장치에 있어서,
    캐리어 요소(26, 27)는, 카세트 결합의 경우 사실상 빗살 구조(18)에 대해 각각 인접하여 평행하게 빗살을 따라 캐리어 요소가 위치 설정되고 이러한 영역 즉 두 개의 인접한 빗살면을 따라 그리고 빗살면 사이에 카세트(20)의 한 측면에 공작물(7)의 검출 및 공작물의 위치 설정을 위한 스캐닝 빔(35)이 제공되며 스캐닝 빔(35)이 카세트(20)에 대해 상대적인 높이에서 위치 설정될 수 있도록 구성되며, 상기 스캐닝 빔(35)은 수평 공작물 평면에 대해 0.5°내지 2°각도(34) 만큼 편향되어 안내되며,
    이송 아암과 카세트(20)를 구비한 이송 장치를 위하여 그 구역 내에서 캐리어 요소(26, 27)가 공작물(7)의 표면과 상호 작용하는(interact with) 조작 구역(12, 13)이 규정되며, 상기 조작 구역 내에서 상기 캐리어 요소는 상기 공작물에 대하여 두 개의 서로 평행하게 이격되어 마주보는(opposing) 띠-형상 영역으로 특정되며, 카세트(20) 내로 공작물이 삽입되는 경우 상기 캐리어 요소는 빗살 구조(18)에 대해 사실상 평행하게 배열되고, 상기 스캐닝 빔(35)은 상기 조작 구역(12, 13) 범위 내부를 통과하도록 안내되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 공작물(7)은 반도체 웨이퍼이고 조작 구역의 폭은 10 내지 20mm인 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  5. 제1항에 있어서, 스캐닝 빔(35)의 편향 각도는, 두 개의 인접한 평행 빗살(18)을 따라 안내된 빗살 거리(19)를 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  6. 제1항에 있어서, 공작물(7)의 카세트(20)에 대한 위치 설정을 위해 카세트(20)의 수직 이동을 위한 장치가 제공되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  7. 제1항에 있어서, 수평으로 배치된 빗살 구조(18)의 하나의 단부에서 적어도 하나의 정지 수단(16, 17)은 카세트(20) 내에 공작물의 단부 위치를 제한하기 위해 제공되며, 상기 정지 수단은 스캐닝 빔(35)의 빔 경로 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  8. 제1항에 있어서, 캐리어 요소(26, 27)는 로드 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  9. 제1항에 있어서, 시스템 공차에 의해 결정되는, 제1 조작 구역(12, 13)의 폭보다 더 작고 제1 조작 구역 내에 위치하는 제2의 허용되는 조작 구역 폭(23)이 결정되며, 제2 조작 구역 폭(24, 25)은 캐리어 요소(26, 27) 및 빗살 거리(19)의 단면 크기(21)에 의해 최대로 가능하게 형성되는 공작물(7)의 휨에서 결정되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  10. 제1항에 있어서, 추가의 편향된 스캐닝 빔(35')이 카세트(20)의 대면하여 위치하는 다른 빗살 구조(18)의 영역에서 상기 스캐닝 빔(35)의 대면하여 위치하는 측면에 제공되는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
  11. 제1항에 있어서, 축(66, 67)을 중심으로 회전 가능한 적어도 두 개의 이송 로봇은 각각 하나의 이송 아암(60, 61)을 포함하고 공작물의 전달 위치가 이송 로봇의 두 축(66, 67)을 연결하는 직선 상에 위치하지 않는 경우, 이송 로봇은 이송 아암(60, 61)의 이송 장치와 관련하여 조작 구역(12, 13)의 조정 방향(65)을 위해 회전 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크형 공작물을 위한 이송 장치.
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