KR101387585B1 - 통합식 웨이퍼 운반 기구 - Google Patents

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사이 만트리프라가다
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다이나믹 마이크로시스템즈 세미컨덕터 이큅먼트 게엠베하
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Abstract

운반 장비를 향상시키고, 정렬 또는 식별과 같은 다른 기능과 물체 동작을 통합하기 위한 일체형 고속 로봇 기구가 개시된다. 개시된 일체형 로봇 조립체는 통상적으로 챔버의 내부 및 외부로 물체를 이동시키기 위한 단부 이펙터, 센터링 및 세타 정렬 성능을 제공하기 위해 로봇 본체 상에 통합되는 회전 척, 및 운반중에 물체를 식별하기 위한 임의의 식별 하위 시스템을 포함한다. 본 발명은 또한 복수의 통합식 로봇 조립체; 운반 로봇 시스템이 FOUP 또는 FOSB와 같은 복수의 연결된 챔버들을 공급할 수 있는 운반 시스템; 전방 단부 모듈(FEM); 또는 분류기 시스템을 사용하는 운반 로봇 시스템을 개시한다. 이동하는 로봇에 이들 통합된 성능을 사용하는 것을 통해, 단일한 물체 운반 작업들은 시간당 500개의 부품을 초과할 수 있다.

Description

통합식 웨이퍼 운반 기구{AN INTEGRATED WAFER TRANSFER MECHANISM}
본 발명은 물체를 운반하기 위한 장치 및 방법, 보다 상세하게는 ID 판독 또는 물체 정렬과 같은 다른 기능과 물체 운반을 통합시키는 복수의 통합식 로봇 조립체에 관한 것이다.
로봇 조립체는 자동화, 특히 설비 제조 및 장비 제조에 있어서 중요한 구성요소이다. 예를 들면, 반도체 산업에서 로봇 아암은 반도체 웨이퍼, 평판 디스플레이, LCD, 레티클, 마스크 또는 캐리어 박스를 핸들링하는데 사용된다.
반도체 제조 설비에서, 로봇은 통상적으로 캐리어 박스 내에 저장된 워크피스(work pieces)들을 한 위치에서 다른 위치로, 한 장비 유형에서 다른 장비의 일부로 운반하는데 사용될 수 있다. 프로세스 시스템에서, 로봇은 통상적으로 캐리어 박스로부터 워크피스들을 제거한 후 로드 록으로 이들을 로딩하는데 사용된다. 다른 로봇은 로드 록으로부터 프로세싱 챔버로 및 하나의 프로세싱 챔버로부터 다른 프로세싱 챔버로 워크피스를 이동시키는데 사용될 수 있다. 따라서, 프로세싱 시스템 내에는 각각이 특정한 업무용으로 설계되는 복수의 로봇들이 존재할 수 있다. 프로세싱 시스템은 증착 시스템, 식각 시스템, 리소그래피 시스템, 계측 시스템, 검사 시스템, 주입 시스템, 처리 시스템(treatment system), 또는 임의의 워크피스 프로세싱 시스템일 수 있다.
다른 유형의 장비는 요구될 때까지 워크피스를 저장하도록 설계되는 스토커(stocker), 또는 워크피스들을 특정한 바람직한 순서로 분류하도록 설계되는 분류기와 같은 보충적인 장비이다. 통상적인 베어 스토커 시스템(bare stocker system)에서, 로봇은 통상적으로 캐리어 박스로부터 워크피스를 제거한 후 이들 워크피스들을 로드 록으로 로딩하는데 사용된다. 다른 로봇은 로드 록으로부터 워크피스가 본래의 캐리어 박스 없이 저장되는 저장 챔버로 워크피스를 이동시키는데 사용될 수 있다. 박스 스토커 시스템(box stocker system)을 위해, 워크피스는 캐리어 박스로부터 제거할 필요 없이, 캐리어 박스와 함께 저장된다.
로봇 핸들링(handling)은 오버 헤드 작업(overhead operation)으로 간주될 수 있는데, 이는 로봇 핸들링의 목적이 위치들 사이에서 워크피스를 운반하는 것이기 때문이다. 따라서, 제조 설비의 효율을 향상시키고 장비의 처리량을 향상시키기 위해, 로봇의 더 빠른 동작과 복수의 로봇 조립체가 사용될 수 있다. 따라서, 일부 장비는 복수의 워크피스의 운반을 허용하기 위해 복수의 캐리어 아암을 갖는 로봇 조립체를 제공한다. 복수의 캐리어 아암은 통상적으로 독립적이지 않으며, 따라서 최대 효율이 실현될 수 없다. 다른 로봇 구성은 독립적으로 이동할 수 있는 복수의 독립적인 로봇 아암들을 포함하여서, 하나의 로봇을 사용하는 처리량을 본질적으로 두 배로 할 수 있다. 또 다른 로봇 구성은 프로세싱을 위해 웨이퍼를 운반하기 위해 2개의 분리된 로봇들을 포함한다.
제조의 진보로 인해, 프로세스는 더 높은 처리량, 더 작은 풋 프린트 및 보다 우수한 기능에 대한 요구에 이른다. 물체 식별 및 물체 정렬과 같은 다른 기능들과 운반 기구를 결합시키는 통합식 로봇 조립체는 이러한 요구에 보다 우수하게 대처할 수 있다.
본 발명은 반도체 웨이퍼, 레티클, 평판 디스플레이와 같은 반도체 제조물의 운반 장비를 개선하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 일 실시예에서, 본 발명은 물체 식별, 물체 정렬 또는 물체 센터링과 같은 다른 기능과 물체 운반을 결합하는 통합식 운반 기구를 개시한다. 물체 식별 하위 시스템(subsystem)은 물체에 새겨진 마크를 판독하기 위한 광학 문자 판독기(Optical Character Reader; OCR)를 포함할 수 있다. 이 기능은 최소 처리량 감소가 있거나 없이 처리될 물체의 식별 및 확인을 제공한다. 이 물체 정렬 하위 시스템은 물체를 배향 마크(orientation mark)로 회전시키기 위한 회전 척을 포함할 수 있다. 이 기능은 처리될 물체의 인-시츄 정렬(in-situ alignment)을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명은 동시 동작(simultaneous movements)들을 위한 방법을 포함한다. 이 개시된 방법은 웨이퍼를 운반하기 위한 전방 단부 모듈과 같은 물체 운반 또는 웨이퍼 분류기 또는 스토커와 같은 물체 분류기에 적용될 수 있다. 동시 작용으로 구성된 모션 명령은 하나의 웨이퍼 위치로부터 다른 웨이퍼 위치로의 로봇 시스템의 동작을 포함한다. 동시 동작들의 다른 동작은 웨이퍼 식별 작업, 웨이퍼 ID 조사 작업, 웨이퍼 정렬 작업, 또는 웨이퍼 센터링 작업을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 동시 동작들은 동일한 웨이퍼의 단부 이펙터의 동작을 배제한다. 따라서, 동시 동작들은 웨이퍼가 소오스 FOUP로부터 수용되어 로봇 조립체 상의 정치 위치에 놓이게 된 후에만 시작한다. 동시 동작들은 또한 웨이퍼가 목적 FOUP에 배치될 수 있기 전에 정지한다. 따라서, 동시 동작들은 로봇 본체의 동작중에만 일어나며, 단부 이펙터의 동작중에는 일어나지 않는다.
동시 동작들의 이러한 제한(limitation)은 단부 이펙터의 동작들을 로봇 본체의 동작들과 분리시키는 역할을 한다. 로봇 본체의 동작들은 운반 환경 내에서 일어나며, 따라서 통상적으로 공간 제약이 존재하지 않는다. 반대로, 단부 이펙터의 동작들은 카세트 또는 FOUP 내에서 일어나며, 따라서 이들 웨이퍼 사이의 피치는 수직한 공간 제약이 될 수 있다. 단부 이펙터 조립체의 두께는, 단지 몇 밀리미터일 수 있는, 2개의 인접하는 웨이퍼들 사이의 피치에 의해 제한될 수 있다. 추가로, 카세트 또는 FOUP 내에서의 단부 이펙터의 위치는 카세트 또는 FOUP에 손상을 일으키는 카세트 또는 FOUP의 내부 표면과 단부 이펙터를 충돌시킬 것인 측방향 모션을 배제한다.
일 실시예에서, 본 발명은 동시 동작들을 제공할 수 있는 로봇 조립체를 개시한다. 로봇 조립체는 로봇 본체, 상기 로봇 본체에 결합되는 단부 이펙터, 상기 로봇 본체에 결합되는 회전 척 및/또는 상기 로봇 본체 또는 단부 이펙터에 결합되는 판독기를 포함한다. 로봇 조립체는 바람직하게 운반 챔버, 전방 단부 모듈, 또는 전방 계면 기구와 같은 운반 환경 내에 배치된다. 일 양태에서, 본 발명은 로봇을 이용하는 시스템(robotic system)으로 이중 스핀들 정렬 및 식별을 통합시킴으로써, 2개의 물체들을 독립적이며 세타 모션, z 모션 및 병진 운동 모션에 대해 병행 작업(in parallel operation)으로 동시에 정렬 및 식별할 수 있는 성능을 제공한다.
일 실시예에서, 통합식 운반 시스템은 로봇 조립체를 조정하기 위한 제어기와 함께 둘 이상의 독립적인 로봇 조립체를 포함할 수 있다. 2개의 로봇 조립체는 각각 스테이션 내의 물체를 핸들링할 수 있도록 단부 이펙터를 이동시키기 위한 x-동작 기구를 갖는 지지체(support body)를 포함할 수 있다. 회전 기구는 또한 단부 이펙터가 수축할 때 물체를 회전시키기 위해 지지체 상에 배치된다. 각각의 로봇 조립체는 로봇 본체 또는 로봇 조립체를 이동시키기 위해 y-동작 기구, z-동작 기구, 또는 세타 동작 기구와 같은 추가의 동작 기구를 포함할 수도 있다. 따라서, 최대의 효율을 위해 동작들을 조정하고 동기화시키기 위한 제어기에 의해 제어되는 2개의 로봇 조립체는 독립적으로 작동할 수 있다.
다른 실시예에서, 통합식 운반 시스템은 둘 이상의 종속적인 로봇 조립체를 갖는 지지체, 상기 지지체를 이동시키기 위한 추가의 동작과 함께 로봇 조립체를 조정하기 위한 제어기를 포함할 수 있다. 2개의 로봇 조립체는 각각 스테이션 내의 물체를 핸들링하도록 단부 이펙터를 이동시키기 위해 지지체에 결합되는 x-동작 기구를 포함할 수 있다. 각각의 단부 이펙터에 대응하는 회전 기구는 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때 물체를 회전시키기 위해 지지체 상에 또한 배치된다. y-동작 기구, z-동작 기구, 또는 세타 동작 기구와 같은 추가의 동작 기구는 지지체 또는 2개의 로봇 조립체를 이동시키도록 설계된다. 따라서, 2개의 로봇 조립체는 최대 효율을 위해 동작들을 조정하고 동기화하기 위한 제어기에 의해 제어되는 추가의 동작 기구를 갖는 유닛으로써 함께 움직일 수 있다.
본원 발명의 통합식 운반 기구는 웨이퍼 분류기 또는 스토커, LCD 분류기 또는 스토커, 또는 레티클 분류기 또는 스토커와 같은 분류기 또는 스토커 장비에서 사용될 수 있다. 이 기구는 증착, 식각, 트랙, 리소그래피 노출, 현상 장치 및 베이크와 같은 프로세싱 장비에서 사용될 수도 있다. 이 기구는 로드 록으로부터 완충기로 또는 프로세스 챔버로, 저장 챔버로 또는 분류기 챔버로 워크피스를 운반하는데 사용될 수도 있다. 이 기구는 FOUPs로부터 로드 록으로 워크피스를 운반하기 위해 전방 단부 로더(Front End loader)에 사용될 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 로봇 조립체를 도시하고,
도 2는 2개의 독립적인 로봇 조립체를 사용하는 예시적인 통합식 운반 기구를 도시하며,
도 3a 내지 도 3d는 2개의 FOUPs의 선형 구성으로부터 웨이퍼를 분류하기 위한 예시적인 프로세스 순서를 도시하며,
도 4는 2개의 종속적인 로봇 조립체를 사용하는 예시적인 통합식 운반 기구를 도시하며,
도 5a는 본 발명의 예시적인 실시예의 측면도를 도시하며,
도 5b는 본 발명의 통합식 운반 기구의 클로즈업을 도시하며,
도 6은 본 발명의 통합식 운반 기구 및 웨이퍼 이송 FOUPs에 대한 그 관계를 도시하며,
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 통합식 운반 기구를 사용하는 예시적인 웨이버 운반 순서를 도시하며,
도 8은 대향할 수 있는 FOUPs를 제공하는 본 발명의 통합식 운반 기구의 실시예를 도시하며,
도 9는 2 세트의 대향할 수 있는 FOUPs를 제공하는 본 발명의 통합식 운반 기구의 평면도를 도시하며,
도 10은 대향할 수 있는 FOUPs와 FOUP의 개방기 기구 사이에 위치되는 본 발명의 통합식 운반 기구의 측면도를 도시한다.
본 발명은 이제 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호가 동일한 부분을 지시하는 도면을 참조로 설명될 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 반도체 웨이퍼, 레티클, 평판 디스플레이와 같은 반도체 제조물의 운반 장비를 개선하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 이러한 개선점은 물체 운반 동작에 다른 기능을 통합하는 것을 포함하며, 이에 따라 기능을 추가하고 처리량을 잠재적으로 향상시키며 풋프린트를 감소시킬 수 있다.
예시적인 개선점은 물체 운반 중에 물체 정렬을 실행할 수 있는 물체 운반 로봇 시스템에 물체 정렬 하위 시스템을 통합하는 것이다. 다른 예시적인 개선점은 물체 운반 중에 물체 식별을 실행할 수 있는 물체 운반 로봇 시스템에 물체 식별 하위 시스템을 통합하며, 이에 따라 프로세싱 전에 물체 동일성(identity)을 잠재적으로 식별하거나, 분류하거나 확인하는 것이다. 다른 예시적인 개선점은 물체 운반 로봇 시스템에 물체 정렬 하위 시스템 및 물체 식별 하위 시스템을 모두 통합하는 것이다. 통합된 개선점은 물체 운반 기구의 동시 동작들에 새로운 성능을 가져올 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 물체가 단부 이펙터에 의해 핸들링될 때를 제외하고, 물체를 운반하고 복수의 병행하는 물체의 동작들을 실행하는 동시 작동들을 위한 방법들을 제공한다. 따라서, 동시 동작들은 물체가 소오스 FOUP로부터 수용된 후 및 물체가 로봇 조립체 상의 정치 위치에 오게 된 후에만 시작한다. 동시 동작들은 또한 물체가 목적지 FOUP 내에 배치될 수 있기 전에 정지한다. 따라서, 동시 동작들은 로봇 본체의 동작중에 일어나며, 동일한 물체에 대한 단부 이펙터의 동작중에는 일어나지 않는다.
예시적인 실시예에서, 물체 운반 및 정렬 및/또는 식별의 결합된 작용들은 로봇 본체의 이동중이지만 단부 이펙터가 동작하지는 않는 동안 일어난다. 이 양태에서, 단부 이펙터의 디자인은 복수의 물체의 작은 피치를 수용하는 챔버의 내부 및 외부에서의 물체의 동작과, 챔버의 가능한 작은 개방에 초점을 맞출 수 있다. 따라서, 단부 이펙터의 디자인은 다른 동작 기구에 대한 제약 조건이 없을 수 있다. 예를 들면, 카세트로부터 웨이퍼를 붙잡기(picking) 위해, 단부 이펙터는 정지 위치로부터 시작하며, 2개의 인접하는 웨이퍼들 사이에서 카세트를 향해 외부로 연장한 후, 웨이퍼를 잡아 올리도록 들어 올려지며, 그 후 정지 위치로 수축한다.
일 실시예에서, 동시 동작들의 제한은 다른 로봇 조립체와 독립적이며, 이는 동시 동작들의 제한이 동일한 웨이퍼에 대한 동일한 단부 이펙터의 동작들에 대해서만 적용됨을 의미한다. 예를 들면, 웨이퍼(A)가 배치되거나 FOUP로부터 회수될 때, 웨이퍼 회전 또는 웨이퍼(A)에 대한 웨이퍼 측방향 동작의 동시 작동들이 존재하지 않는다. 그러나 웨이퍼 회전 또는 웨이퍼(A)에 대한 웨이퍼 측방향 동작의 동시 동작들은 웨이퍼(B)가 배치되거나 단부 이펙터에 의해 FOUP으로부터 회수될 때 일어날 수 있다.
일 양태에서, 로봇 본체의 동작과 병행하여 일어나는 동시 동작들은 물체 센터링, 물체 회전, 물체 정렬, 물체 ID 지정, 물체 판독 및/또는 물체 식별을 포함한다. 물체 센터링은 센터링 기구에 의해 이루어질 수 있다. 물체 회전 및 물체 정렬은 회전 가능한 척의 회전을 통해 물체를 회전시킴으로써 실행될 수 있다. 물체 판독은 OCR 판독기를 이용하여 이루어질 수 있다. 물체 ID 지정은 정지된 판독기 및 회전하는 물체 또는 물체 주위에서 회전하는 판독기를 이용하여 실행될 수 있다.
예를 들면, 동시적인 웨이퍼 센터링이 실행될 수 있다. 회전 척에 대한 센터링 기구는 웨이퍼를 센터링 위치로 밀기 위해 3-핀 동작(3-pin movement) 또는 2-바 동작(2-bar movement)과 같이 적용될 수 있다. 센터링은 웨이퍼 패들(wafer paddle)의 제약에서 벗어나 기판을 들어올리고 이를 선형 센서 위에서 회전시키며 그에 따라 그 편심률(eccentricity)을 측정함으로써 이루어질 수도 있다. 일단 계산되면, 정렬축은 웨이퍼 패들의 축과 정렬될 수 있고, 기판은 웨이퍼 패들 상으로 낮춰지며, 규정된 거리만큼 이동되고, 회전 척에 의해 들어 올려지며, 선형 센서에 의해 편심률에 대해 재측정될 수 있다. 이는 다른 로봇을 이용하는 작동들과 병행하여 이루어질 수 있다.
동시적인 웨이퍼 정렬이 또한 실행될 수 있다. 단부 이펙터의 정지 위치에서, 회전 척은 단부 이펙터의 제약으로부터 웨이퍼를 자유롭게 하도록 올려진다. 그 후, 회전 척은 노치, 평면 또는 ID 파인더(finder) 기구에 따라, 웨이퍼를 노치, 평면 또는 웨이퍼 ID 위치에 대해 정렬시키도록 회전할 수 있다. 정렬을 완료한 후에, 회전 척은 낮춰지며, 웨이퍼는 다시 단부 이펙터 상에 놓여 있다. 웨이퍼 센터링은 통상적으로 웨이퍼 정렬 이전에 안정된 회전에 요구되는 동심성(centricity)을 제공하도록 실행된다.
동시적인 웨이퍼 식별이 또한 실행될 수 있다. OCR 하위 시스템과 같은 웨이퍼 식별 조립체가 웨이퍼 ID를 판독할 수 있다. 웨이퍼 식별 하위 시스템은 웨이퍼 ID가 알려진 위치에 위치될 수 있다. 웨이퍼 식별 하위 시스템은 웨이퍼 식별 하위 시스템 하에서 웨이퍼를 위치시키기 위해 웨이퍼가 회전되는 웨이퍼 정렬 하위 시스템에 종속적일 수 있다. 웨이퍼 식별 하위 시스템은 웨이퍼 ID를 찾기 위해 웨이퍼 식별 하위 시스템이 회전하는 웨이퍼 정렬 하위 시스템에 독립적일 수 있다.
개시된 방법은 웨이퍼를 운반하기 위해 전방 단부 모듈과 같은 물체 운반 또는 웨이퍼 분류기 또는 스토커와 같은 물체 분류기에 적용될 수 있다. 동시 작용들로 구성된 모션 명령은 하나의 웨이퍼 위치로부터 다른 웨이퍼 위치로의 로봇 시스템의 동작을 포함한다. 동시 작동들의 다른 동작은 웨이퍼 식별 작업, 웨이퍼 ID 조사 작업, 웨이퍼 정렬 작업, 또는 웨이퍼 센터링 작업을 포함한다.
일 실시예에서, 이 방법은 위치들 사이에서의 물체 동작중에 물체를 회전시키는 단계, 물체를 정렬 마크에 대해 정렬시키는 단계, ID 마크를 판독함으로써 물체를 식별하는 단계, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다. 상이한 위치들은 동일한 스테이션 내의 상이한 슬롯들 또는 상이한 스테이션 내의 슬롯들일 수 있다. 따라서, 물체 위치들 사이의 동작들은 상이한 스테이션들의 동일하거나 상이한 물체 위치들 사이의 동작들 또는 스테이션 내의 상이한 물체 위치들 사이의 동작들일 수 있다. 동시 동작중의 물체 동작은 스테이션들 사이에서의 모든 물체들의 동작을 포함하지만, 물체 위치로의 및 물체 위치로부터의 동일한 물체의 동작을 배제한다. 물체 위치로부터의 및 물체 위치로부터의 물체의 동작들은 저장 영역과 같은 물체 위치로부터의 물체를 연장시키거나 수축시키는 단계를 포함한다. 물체를 연장시키는 단계는 물체를 이송하는 단부 이펙터를 연장시키는 것과 같이 저장 위치로 물체를 배치하는 단계, 물체를 위치 지지부(location support)로 낮추는 단계 및 단부 이펙터를 수축시키는 단계를 더 포함한다. 물체를 수축시키는 단계는 단부 이펙터를 연장시키는 것과 같이 저장 위치로부터 물체를 회수하는 단계, 위치 지지부로부터 물체를 꺼내도록 단부 이펙터를 올리는 단계 및 물체를 갖는 단부 이펙터를 수축시키는 단계를 더 포함한다.
예를 들면, FOUP(A)로부터 FOUP(B)로의 또는 FOUP(A)의 위치로부터 FOUP(A)의 다른 위치로의 물체의 동작들중에, 물체(A)는 회전과 같은 다른 동작들을 실행할 수 있다. 그러나 FOUP로부터 물체(A)를 회수하거나 또는 FOUP에 물체(A)를 배치하는 동안, 물체(A)는 회전, 정렬 또는 ID 판독되는 것이 방지된다. 그러나 물체(B)는 그렇게 제한되지 않으며, 물체(A)의 동작들에 이들 작업을 실행할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법은 둘 이상의 x-동작 기구, 둘 이상의 회전 기구 및 하나 이상의 y-동작 기구를 포함하는 통합식 운반 기구에 적용될 수 있다. x-동작 기구는 배치 또는 회수와 같이, 물체 위치에서 물체를 핸들링하도록 설계된다. y-동작 기구는 상이한 물체 위치들 사이에서 물체 또는 물체 지지 조립체를 이동시키도록 설계된다. 회전 기구는 x-동작 및 y-동작 중에 동시 동작들을 제공한다.
일 실시예에서, 본 발명의 방법은 모든 물체들의 y-동작들 중에, 다른 물체 조립체의 x-동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작이 아닌 동안 물체를 회전시키는 것을 포함한다. 예를 들면, 새로운 위치로의 조립체의 y-동작중에 또는 물체를 핸들링하는 단부 이펙터의 x-동작 중에, 회전 기구는 다른 물체를 지지하기 위해 회전 척을 연장시키고, 다른 물체를 회전시키며, 그 후 회전이 완료된 이후에 회전 척을 수축시킬 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 동시 동작을 제공할 수 있는 통합식 로봇 조립체를 개시한다. 일 양태에서, 통합식 로봇 조립체는 로봇 본체, 로봇 본체를 이동시키기 위한 동작 기구, 로봇 본체에 결합되는 단부 이펙터, 로봇 본체에 결합되는 회전 척 및/또는 로봇 본체 또는 단부 이펙터에 결합되는 판독기를 포함한다. 로봇 조립체는 바람직하게 운반 챔버, 전방 단부 모듈, 또는 전방 계면 기구와 같은 운반 환경 내에 배치된다.
로봇 본체 동작 기구는 물체를 수용하거나 배치하기 위해 정확한 위치에 단부 이펙터를 배치하는데 요구되는 동작들을 제공한다. 로봇 본체는 쌓아 올려진 형태로 모든 물체 또는 챔버를 보내기 위해 z-방향 모션을 포함하고, y 방향으로 선형으로 배치된 물체 스테이션들을 보내기 위해 y-방향 모션을 포함할 수 있다. 원형 또는 둘러싸인 형태로 배치된 물체 스테이션들을 위해, 로봇 본체 기구는 세타 모션을 포함할 수 있다. 선형 형태로 배치된 물체 스테이션들을 위해, 로봇 본체는 횡단 트랙(traverse track)과 같은 선형 모션 또는 선형 가이드를 포함한다.
일 양태에서, 로봇을 이용하는 시스템은 운반 환경으로부터 내부 및 외부로, 및 프로세스 챔버, 로드 록 챔버, FOUP(전방 단부 통합 포드), 또는 FOSB(전방 개방 수송 박스)와 같은 운반 환경에 결합되는 복수의 프로세스 챔버 또는 저장 챔버로부터/챔버로 물체를 이동시키기 위한 단부 이펙터를 지지하기 위해 로봇 본체를 포함한다. 로드 록, 포드 또는 박스에서, 물체는 통상적으로 약 수 밀리미터인 작은 피치로 쌓아 올려진다. 프로세스 챔버에서, 물체는 통상적으로 지지부로부터 약 수 밀리미터인 작은 간격으로 분리된다. 따라서, 단부 이펙터는 바람직하게, 실용적으로 얇을 만큼 얇은 블레이드이다. 단부 이펙터는 물체를 지지하고 미끄러짐을 방지하기 위해 지지 패드를 포함할 수 있다. 단부 이펙터는 물체를 지지하기 위한 진공 포트를 포함할 수 있다. 단부 이펙터는 에지 접촉 핸들링을 위한 에지 그립(edge grips)을 포함할 수 있다. 또한, 단부 이펙터는 공기 쿠션을 제공하도록 복수의 가스 포트를 포함할 수 있으며, 따라서 물체는 단부 이펙터의 임의의 부분과 접촉하지 않고 공극(air gap) 상에 부유할 수 있다. 단부 이펙터는 물체의 미끄러짐을 방지하기 위한 에지 핀을 포함할 수 있다. 모션을 연장시키고 수축시키는 단부 이펙터는 바람직하게 관절식 조인트 아암 또는 선형 가이드를 통한 선형 모션들을 포함하지만, 임의의 기계적 모션일 수도 있다. 단부 이펙터는 물체를 들어올리기 위해 리프팅 모션(예를 들면, z-방향)을 제공할 수도 있다. 단부 이펙터는 물체를 지지하기 위해 에지 그립핑, 공기 쿠션, 또는 진공 흡입을 포함할 수 있다.
일 양태에서, 물체 정렬 하위 시스템은 로봇 본체 상에 배치된 회전 척을 포함하여, 로봇 동작에 따라 이동한다. 따라서, 물체는 로봇 본체의 동작중에 정렬될 수 있다. 정렬은 노치, 평면, 또는 웨이퍼 ID의 배향에 대한 것일 수 있다. 정렬 하위 시스템은 에지 그립 패드와 같은 센터링 기구를 더 포함할 수 있다. 회전 척은 로봇 본체에 결합될 수 있으며, 그에 따라 회전 동작에 의해 단부 이펙터 기능을 분리시킨다. 회전 척은 물체 회전을 제공할 수 있으며, 바람직하게 물체를 지지하기 위해 진공 흡입, 정전기(electrostatic), 또는 에지 그립을 포함한다. 물체 센터링 기구는 회전 척 상에서 물체를 중심에 두도록 제공될 수도 있다.
일 양태에서, 물체 식별 하위 시스템은 로봇 본체 상에 배치되어 로봇 동작에 따라 이동하는 OCR 조립체 또는 웨이퍼 ID 판독 조립체를 포함한다. 따라서, 물체는 로봇 본체의 동작중에 식별될 수 있다. ID 판독은 물체의 상부로부터 또는 물체의 바닥으로부터 실행될 수 있다. 물체 식별 하위 시스템은 단부 이펙터의 로봇 단부 상에, 이러한 위치가 단부 이펙터의 기능을 방해하지 않을 경우에, 배치될 수 있다. ID 추적 기구가 또한 제공되어 물체 식별 하위 시스템이 물체 ID를 찾게 할 수도 있다.
OCR 판독기와 같은 물체 판독기는 로봇 본체 또는 단부 이펙터 본체에 결합될 수 있다. 물체 판독기는 수용 또는 배치하는 물체가 확실히 정확한 물체인지에 대한 식별 및 확인을 제공하기 위해 물체 ID를 판독할 수 있다. 정지된 물체 판독기는 단부 이펙터의 기능을 방해하지 않고 단부 이펙터의 로봇의 단부 상에 또는 로봇 본체 상에 장착될 수 있다. 그러나 이는 수용 챔버에 대한 개방을 방해할 수 있다. 따라서, 단부 이펙터 상에 장착하는 것이 가능하지만, 정지된 물체 판독기는 바람직하게 로봇 본체 상에 장착된다. 일 양태에서, 물체 판독기는 물체 ID를 지정하기 위해 물체 둘레에서 회전하고 있다. 회전하는 물체 판독기는 바람직하게 단부 이펙터의 기능을 분리시키기 위해 로봇 본체에 결합된다. 물체 판독기 및 물체는 효율을 향상시키기 위해 바람직하게 대향하는 방향에 있지만, 모두 회전될 수 있다.
도 1은 물체(11)를 운반하기 위한 단부 이펙터(10)의 x-동작 및 물체를 정렬하기 위해 회전 척(14)의 회전 동작을 포함하는 예시적인 기본 로봇 조립체(13)를 도시한다. 로봇 조립체는 로봇 세타 회전, 로봇 y-동작 및 z-동작과 같은 다른 동작들을 포함할 수 있다. 회전 척은 예를 들면 단부 이펙터로부터 멀리 물체를 들어올리기 위한 업/다운 동작들을 포함할 수도 있다. 예시적인 로봇 조립체는 물체 정렬 또는 ID 판독을 위해 정렬 또는 OCR 하위 시스템(12)을 포함할 수도 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 통합식 운반 기구는 FIM(전방 계면 기구) 또는 FEM/EFEM(전방 단부 모듈 또는 장비 전방 단부 모듈)과 같은 운반 시스템에서 사용된다. 챔버는 통합식 운반 기구 둘레의 원형 링 내에 배치될 수 있고, 통합식 운반 기구의 일측에 선형으로 배열될 수 있거나, 통합식 운반 기구의 양측에 선형으로 배열될 수 있다. 본 발명의 통합식 운반 기구는 포드 조립체(pod assembly) 내의 카세트들 사이에서 워크피스를 운반하기 위해 전방 단부 조립체에 또는 스토커에 사용될 수도 있다. 전방 단부 조립체는 일반적으로 전방 단부 모듈 또는 중심 모듈로 워크피스를 이동시키기 위해 수평 모션 로봇 조립체를 포함한다.
로봇 조립체는 워크피스 위치설정 센서, 위치 에러에 대한 이미지 센싱, RF 전기장 센싱, 자기 공명 센싱, 레이저 스캐닝, 포토 검출기 배열을 이용한 센싱, 모터 작동 센싱, 아암 위치 센싱, 또는 작동 및 서비스에 관한 임의의 센서와 같은 복수의 센서를 포함할 수 있다. 또한, 센서들은 로봇 조립체의 상태와 위치를 제공함으로써, 조립체의 남아 있는 작동 부분의 최적의 활용을 허용하며, 조립체의 비 작동 부분을 수리하도록 작업자를 주의시킨다.
로봇 조립체는 처리량을 증가시키고 풋프린트를 감소시키기 위해 동시 동작들을 실행할 수 있다. 예시적인 운반 순서는 웨이퍼를 회수하도록 연장한 후 정지 위치로 수축하는 단부 이펙터를 포함할 수 있다. 회전 척은 웨이퍼를 지지하도록 들어 올려진 후, 정렬 및 OCR 프로세스를 위해 회전하기 시작한다. 이러한 프로세스 중에, 로봇 조립체는 y-동작, z-동작 또는 세타 동작을 통해 새로운 위치로 이동할 수 있다.
동작 기구는 복수의 관절식 조인트 아암, 선형 동작, 또는 회전 세타 동작을 포함할 수 있다. 동작 기구들은 선형 크랙, 선형 가이드, 리드 스크류(lead screw), 다중 분할된 관절식 아암, 프로그 아암(frog arms), 스위블 아암(swivel arms), 시저(scissors) 및 신축자재식 기구, 4개의 바의 연동 기구를 포함할 수 있다. 로봇 조립체는 동기 장치를 갖는 서보 모터와 같은 모터들로 구성될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 본 발명의 통합식 운반 기구는 각각이 그 자신의 또는 공유의 단부 이펙터를 갖는 복수의 로봇 조립체, 웨이퍼 센터링 하위 시스템, 로봇 척과 같은 웨이퍼 정렬 하위 시스템 및/또는 OCR과 같은 식별 하위 시스템을 포함할 수 있다.
통합식 운반 기구는 나란히 또는 포개어져 있는 것과 같이 서로 이웃하여 위치되는 둘 이상의 로봇 조립체를 포함할 수 있다. 통합식 운반 기구의 작동들은 바람직하게 복수의 로봇 조립체를 조정하고 동기화하기 위해 제어기 또는 컴퓨터 시스템에 의해 제어된다.
하나보다 많은 로봇 조립체의 존재로 인해 단 하나의 로봇 조립체 또는 2개의 단부 이펙터를 갖는 하나의 로봇 조립체를 이용하여 실현되지 않는 이점들을 제공할 수 있다. 예를 들면, 단지 로봇(A)과 같은 하나의 로봇 조립체에 대해, (회전, 센터링, 정렬, 또는 ID 판독을 포함하여) 웨이퍼(A)를 분류하기 위한 시간은 FOUP(A)로부터 FOUP(B)로 이동하기 위한 시간동안 나타나며, 따라서 애(bottleneck)는 분류 시간 또는 이동 시간에 존재할 것이다. 분류 시간이 이동 시간보다 긴 경우, 로봇(A)은 목적지에 도달할 것이며, 또한 분류를 완료하기 위해 웨이퍼를 대기할 것이다. 이동 시간이 더 긴 경우, 로봇(A)이 목적지에 도달할 때까지, 웨이퍼는 분류를 이미 완료할 것이며, 따라서 배치될 준비가 된다.
2개의 로봇 조립체와 같이 하나보다 많은 로봇 조립체에 대해, 분류 시간의 제한이 상당히 감소될 수 있다. 분류 시간은 FOUP(A)로부터 FOUP(B)로의 로봇(A)의 동작중에 나타날 수 있을 뿐 아니라, 로봇(A)이 다른 로봇들을 대기하여 그 업무를 실행하여야 하는 시간동안 나타날 수도 있다. 예를 들면, 분류 시간은 로봇(A)이 웨이퍼를 붙잡거나 웨이퍼를 배치하는 로봇(B)을 대기할 때 나타날 수 있다. 분류 시간에 대한 의존도(dependency)는 추가의 로봇 조립체들로 인해 효과적으로 제거될 수 있다. 추가의 로봇 조립체의 개수는 분류된 웨이퍼에 대한 대기 시간이 없을 때까지 증가할 수 있다. 따라서, 복수의 로봇 조립체는 웨이퍼 분류 시간에 대한 의존도를 상당히 감소시키거나 제거할 수 있다. 복수의 로봇 조립체의 처리량은 운반 시간에 대해서만 종속적일 수 있다.
예시적인 실시예에서, 본 발명의 통합식 운반 기구는 조정 제어기와 함께 y-동작, z-동작 또는 세타 동작을 통해 함께 연동되는 둘 이상의 로봇 조립체를 포함한다. 이러한 구성은 로봇 조립체에 독립적이어서, 멀리 떨어진 2개의 분리된 스테이션들로부터 로봇 조립체가 웨이퍼를 핸들링하게 한다. 로봇 조립체의 동작은 높은 처리량을 보장하기 위해 제어기를 통해 동기화된다.
통합식 운반 시스템은 따라서 로봇 조립체를 조정하기 위한 제어기와 함께 둘 이상의 로봇 조립체를 포함할 수 있다. 2개의 로봇 조립체는 각각 스테이션 내의 물체를 핸들링하기 위해 단부 이펙터를 이동시키기 위한 x-동작 기구를 갖는 지지체를 포함할 수 있다. 단부 이펙터는 통상적으로 지지체 내에 놓이며, 스테이션에 도달하도록 외부로 연장한다. 회전 기구는 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때 물체를 회전시키기 위해 지지체 상에 또한 배치된다. 각각의 로봇 조립체는 로봇 본체 또는 로봇 조립체를 이동시키기 위해 y-동작 기구, z-동작 기구, 또는 세타 동작 기구와 같은 추가의 동작 기구를 포함할 수도 있다. 따라서, 2개의 로봇 조립체는 독립적으로 작동할 수 있으며, 최대의 효율을 위해 동작들을 조정하고 동기화하기 위한 제어기에 의해 제어된다.
도 2는 y-스테이지 선형 가이드를 통해 함께 연동되는 2개의 독립적인 로봇 조립체의 예시적인 구성을 도시한다. 각각의 로봇 조립체는 FOUP와 같은 스테이션 내의 웨이퍼를 핸들링하기 위해 x 방향으로 이동하는 단부 이펙터와 함께 리프트 및 회전 진공 척을 포함한다. 임의의 OCR 카메라는 웨이퍼 ID를 판독하기 위해 로봇 조립체 상에 배치될 수 있다. 각각의 로봇 조립체는 그 자신의 선형 z-스테이지를 더 포함하여서, 조립체는 FOUPs 내에 모든 웨이퍼들을 보내도록 수직으로 이동하게 된다. 2개의 로봇 조립체에 대한 z-스테이지 이동은 FOUPs 내의 모든 가능한 웨이퍼 위치들의 도달을 보장하도록 부분적으로 겹칠 수 있다(overlap). 교차 동작을 위해, 수직한 z-스테이지는 방향(way)을 벗어나도록 여분의(extra) 동작을 필요로 할 수 있다. 예를 들면, 하나의 z-스테이지는 다른 y-스테이지가 로봇 조립체의 위치들을 교환하는 중에 아래로 더 이동하는 동안 위로 더 이동하여야 할 수 있다.
2개의 로봇 조립체는 2개의 연결된 y 선형 가이드를 통해 연동되어서, 로봇 조립체들이 FOUPs 사이에서 이동하게 한다. y-스테이지는 하나가 각각의 FOUP의 전방에 있는 2개의 위치들을 포함할 수 있다. 이 도면에서, 로봇 조립체는 하나의 FOUP로부터 다른 하나로 이들 2개의 정지 위치들 사이에서 이동할 수 있다. 로봇 조립체의 2개의 동시 동작들은 도시되지 않은 제어기를 통해 조정되고 동기화된다.
2개의 독립적인 로봇 조립체를 연동시키는 다른 구성들이 또한 가능하다. 예를 들면, 로봇 조립체는 2개의 연결하는 z 동작 또는 세타 동작을 통해 연동될 수 있다.
이러한 구성의 분류기 및 2개의 로봇 조립체를 사용하는 운반 시스템은 하나의 FOUP 내의 웨이퍼들을 효과적으로 분류하고 이들을 다른 FOUP에 배치할 수 있다. 대부분의 동작들이 병행하여 작동되기 때문에, 분류기의 처리량은 가장 긴 작동에만 좌우되며, 시간당 600개가 넘는 웨이퍼의 처리량이 얻어질 수 있다. 이러한 통합식 운반 기구는 FIM 또는 FEM과 같은 운반 시스템에서 사용될 수 있으며, 이 장치는 웨이퍼 또는 다른 물체를 위해 분류기 시스템에서 사용될 수 있다. 이 도면은 선형 배열로 서로에 대해 이웃하여 위치되는 2개의 FOUPs를 도시한다. FOUPs의 개수는 변화할 수 있지만, 배열은 바람직하게 여전히 선형이다. FOUPs는 FOBSs, 로드 록 챔버 또는 웨이퍼 카세트와 같은 다른 웨이퍼 컨테이너일 수 있다. FOUPs의 개구의 전방에는 2개의 선형 로봇 조립체를 포함하는 운반 시스템이 있다. 2개의 로봇 조립체가 도시되지만, 로봇 조립체의 개수는 변화할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d는 제어기에 의해 제어되는 이러한 예시적인 분류기에 대한 예시적인 이동 순서를 도시한다. 도 3a에서, 로봇(A)은 FOUP(A)로부터 수용된 분류되지 않은 웨이퍼를 갖고, 로봇(A)은 FOUP(B)로 분류된 웨이퍼를 배치하고 있다. 도 3b 및 도 3c는 FOUP(B)를 향하는 로봇(A) 및 FOUP(B)를 향하는 로봇(B)을 갖는 로봇들의 교환을 도시한다. 먼저, 로봇(B)은 분류된 웨이퍼를 배치한 후에 병진 이동 높이로 이동한다(도 3B). 그 후, 로봇들은 측면을 변경한다(도 3c). 이러한 교환중에 및/또는 로봇(B)의 동작중에, 로봇(A) 상의 웨이퍼는 (회전 척에 의해) 정렬되고, (OCR에 의해) 식별되며, 그에 따라 로봇(A) 상의 웨이퍼는 새로 분류된다. 추가로, y 동작은 웨이퍼를 정확한 슬롯에 위치시킬 필요가 있을 수 있다. 웨이퍼 분류는 운송중에 실행되기 때문에, 통합식 로봇 조립체는 처리량을 향상시키기 위해 (FOUP(A)로부터 FOUP(B)로의) 로봇 동작과 웨이퍼 분류(중심, 정렬 및 식별)를 결합시킬 수 있다. 그 후, 도 3d는 분류된 웨이퍼를 FOUP(B)에 넣는 로봇(A) 및 후속하는 분류되지 않은 웨이퍼를 붙잡기 위해 FOUP(A)에 들어가는 로봇(A)을 도시한다.
추가로, 2개의 로봇 조립체들은 독립적이기 때문에, 하나의 웨이퍼는 다른 로봇 조립체가 다른 웨이퍼를 제거하거나 배치시키는 동안, 하나의 로봇 조립체에서 분류될 수 있다. 하나의 로봇 조립체의 동시 동작은 다른 로봇 조립체의 동작을 포함할 수 있다. 즉, 로봇(A) 상의 웨이퍼의 분류는 로봇 시스템의 이동중 뿐 아니라, 로봇(B)의 웨이퍼를 제거하거나 붙잡는 동안 일어날 수 있다.
예를 들면, 로봇(A)은 FOUP(A)으로부터 분류되지 않은 웨이퍼(A) 붙잡은 후에, 로봇(A)은 정지 위치로 수축한다. 그 후, 로봇 시스템은 웨이퍼(B)를 집어 올리기 위해 이동한다. 웨이퍼(B)가 FOUP(A) 내에 있는 경우, 로봇(B)의 동작은 로봇(B)의 단부 이펙터를 정확한 위치에 위치시키기 위해 수직한 동작으로 이루어진다. 웨이퍼(B)가 FOUP(B) 내에 있는 경우, 로봇(B)의 동작은 또한 수직한 동작 이전에, 로봇 시스템을 FOUP(B)의 도어에 위치시키기 위해 횡방향 작용을 포함한다. 로봇 시스템의 동작 및 로봇(B)의 단부 이펙터의 동작을 포함하는 이러한 동작 중에, 로봇(A)은 센터링, 정렬 및/또는 식별과 같은 다른 작용을 동시에 실행할 수 있다.
로봇(B)이 웨이퍼(B)를 붙잡는 것을 끝낸 후에, 로봇 시스템은 새로 분류된 웨이퍼(A)를 배치하기 위한 위치로 이동한다. 따라서, 웨이퍼(A)를 분류하기 위한 시간은 이제 웨이퍼(A)의 소오스로부터 웨이퍼(A)의 목적지로의 운송 시간 외에 웨이퍼(B)의 소오스로의 이동 시간 및 웨이퍼(B)를 집어 올리는 시간을 포함한다. 따라서, 복수의 소오스로부터 분류하기 위해, 제한은 이제 이동 시간일 것이다. 분류 시간은 더 이상 처리량 방정식(throughput equation)에 어떠한 역할도 하지 않는다. 이는 단 하나의 조립체를 갖거나 단 하나의 회전 척을 갖는 2개의 단부 이펙터를 갖는 로봇 시스템에 비해 유리하다.
다른 예시적인 실시예에서, 본 발명의 통합식 운반 기구는 유닛으로서 함께 연동되는 둘 이상의 로봇 조립체들을 포함한다. 이러한 구성은 로봇 조립체들의 의존도로 인한 어떠한 디자인 및 제어 단순성을 제공한다. 처리량은 2개의 로봇 조립체들이 하나의 스테이션으로부터 다른 스테이션으로 함께 이동하기 때문에 다소 감소될 수 있다.
통합식 운반 시스템은 따라서 둘 이상의 로봇 조립체를 갖는 지지체, 로봇 조립체를 조정하기 위한 제어기와 함께, 지지체를 이동시키기 위한 추가의 동작 기구를 포함할 수 있다. 2개의 로봇 조립체들은 각각 스테이션 내의 물체를 핸들링하도록 단부 이펙터를 이동시키기 위해 지지체에 결합되는 x-동작 기구를 포함할 수 있다. 단부 이펙터는 통상적으로 지지체 내에 놓이며, 스테이션에 도달하도록 외부로 연장한다. 각각의 단부 이펙터에 대응하는 회전 기구는 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때, 물체를 회전시키기 위해 지지체 상에 또한 배치된다. y-동작 기구, z-동작 기구 및 세타 동작 기구와 같은 추가의 동작 기구는 지지체 또는 2개의 로봇 조립체들을 이동시키기 위해 설계된다. 따라서, 2개의 로봇 조립체들은 최대 효율을 위해 동작들을 조정하고 동기화시키기 위한 제어기에 의해 제어되는 추가의 동작 기구와 유닛으로서 함께 이동할 수 있다.
도 4는 베이스 섹션(41A, 41B)의 단부에서 유닛으로서 함께 연동되는 2개의 로봇 조립체들의 예시적인 구성을 도시한다. 각각의 로봇 조립체는 리프트 및 회전 진공 척(42A, 42B) 각각을 x 방향으로 이동하는 단부 이펙터(43A, 43B) 각각과 함께 포함한다. 선택적인 OCR 카메라(미도시)가 웨이퍼 ID를 판독하기 위해 로봇 조립체 상에 배치될 수 있다. 각각의 진공 척은 웨이퍼를 들어올리고, 돌리기 위해 회전할 수 있다. 각각의 단부 이펙터는 x-동작 기구(44A, 44B) 각각에 연결되어서, 단부 이펙터가 저장 스테이션 내의 웨이퍼를 핸들링하도록 연장하고 수축하게 한다. 2개의 x-동작 기구들은 각각의 기구가 대응하는 베이스 섹션에 부착되는 반대 측면 상에 배치되도록 도시된다. 그러나 다른 구성이 가능하며, 예를 들면 양쪽 x-동작 기구(44A, 44B)가 베이스 섹션(41A, 41B)의 동일한 측면 상에 배치되며; 양쪽 x-동작 기구(44A, 44B)는 예를 들면 반대 측면 또는 동일한 측면과 같이 동일한 베이스 섹션 상에 배치된다. 양쪽 x-동작 기구가 동일한 베이스 섹션(41A) 상에 배치되는 경우, 베이스 섹션(41B)은 회전 척(42B)을 지지하기 위해 로봇 본체에 합체될 수 있다.
2개의 로봇 조립체를 포함하는 통합식 운반 기구는 추가의 y-동작 기구, z-동작 기구 및 세타 동작 기구에 및 예를 들면 하나의 스테이션으로부터 다른 스테이션으로, 동일하거나 상이한 스테이션 내의 하나의 웨이퍼 위치로부터 다른 웨이퍼 위치로 전체 운반 기구를 이동시키기 위해 추가의 x-동작 기구로도 연결될 수 있다. 본 발명의 2개의 로봇 조립체는 도시되지 않은 제어기를 통해 조정되고 동기화되는 동시 동작들을 실행할 수 있다.
2개의 로봇 조립체를 사용하는 이들 구성의 분류기 및 운반 시스템들은 효과적으로 하나의 FOUP에서 웨이퍼들을 분류하고 이들을 다른 FOUP에 배치할 수 있다. 대부분의 동작들은 병행하여 작동되기 때문에, 분류기의 처리량은 가장 긴 작동에만 좌우되며, 시간당 600개가 넘는 웨이퍼의 처리량이 달성될 수 있다. 이러한 통합식 운반 기구는 FIM 또는 FEM과 같은 운반 시스템에서 사용될 수 있으며, 장치는 웨이퍼 또는 다른 물체용 분류기 시스템에 사용될 수 있다. FOUPs는 변화하는 개수의 FOUPs를 갖는 선형 또는 곡선형 장치 내에서 서로 이웃하여 위치될 수 있다. FOBSs, 로드 록 챔버 또는 웨이퍼 카세트와 같은 다른 웨이퍼 컨테이너가 사용될 수도 있다.
독립적인 로봇 조립체에 대해, 2개의 로봇들 사이의 중첩 시간(overlapping time)은 2개의 로봇이 경로를 가로지를 때 또는 2개의 로봇이 동일한 일반 위치에 접근할 필요가 없을 때의, 충돌 시간(conflicting time)일 것이다. 종속적인 로봇 조립체들에 대해, 복수의 단부 이펙터의 동작은 특히 상이한 저장 컨테이너 내의 웨이퍼들에 대해 순차적으로 한번에 하나의 웨이퍼를 의미한다. 예를 들면 2개의 단부 이펙터가 동일한 FOUP 내의 2개의 웨이퍼를 수용(또는 배치)할 때와 같이, 2개의 웨이퍼가 동시에 접근될 수 있는 일부 경우가 존재한다. 그러나 일반적으로 웨이퍼 접근은 순차적으로 실행된다. 따라서, (각각이 그 자신의 정렬/판독기 하위 조립체를 갖는) 복수의 종속적인 로봇 조립체를 갖는 통합식 운반 기구는 웨이퍼를 분류, 정렬 또는 판독하는데 추가의 전이 시간(transit time)을 제공할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 통합식 운반 시스템은 2개의 로봇 조립체를 이용한 7개의 축의 작동을 포함할 수 있다. 대부분은 작용들은 다른 축의 작동들에 독립적으로 일어날 수 있으며, 시간을 절약하기 위해 중첩될 수 있다. 예를 들면, 아암(#2)이 물체(#2)를 잡고 있는 동안, 아암(#1) 및 센터링 장치(#1)의 작동은 아암(#2)과 중첩될 수 있으며, 그에 따라 작동에 대한 처리량을 증가시킨다. 아암(#2) 및 센터링 장치(#2)가 수축되고 센터링 시 맞물리면, 전체 로봇은 아암(#1)이 물체(#1)를 들어올리고 물체를 그 각각의 최종 위치에 배치하는 드롭 오프(drop off) 지점으로 z, 세타 및 병진 이동 할 수 있다. 이 기간 동안, 센터링 장치(#2)는 그 작동을 완료하며, 아암(#2)이 증착을 위해 물체(#2)를 잡아 준비하도록 한다. 따라서, 물체(#1) 센터링 및 식별은 Z, 세타 및 병진 이동으로 로봇의 모션 및 물체(#2)의 회수와 중첩된다. 마찬가지로, 물체(#2)의 센터링 및 식별은 Z, 세타 및 병진 이동에서의 로봇의 모션 및 물체(#1)의 배치에 따라 중첩된다. 로봇을 이용한 모션에 따른 센터링 및 물체 식별 시간의 중첩은 더 높은 시스템 처리량을 허용하며 최종 사용자에게 낮아진 가격을 허용한다.
도 5a는 세타 축 회전을 제공하는 상승 튜브(98) 상에 장착되는 복수의 종속적인 로봇 조립체(100, 102)를 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다. z축 모터(80)는 수직 리드 스크류(82), 지지 베어링(86) 및 가이드 레일(88)로 구성된 수직 구동 시스템을 통해 z축 플레이트(90)를 구동시킴으로써 로봇 조립체들에게 z 동작을 제공한다. z축 플레이트(90)에는 세타 축 회전을 제공하기 위해 세타 구동기가 장착된다. 세타 구동기는 구동 시스템(94)을 통해 세타 축을 위치시키는 위치설정 모터(92)로 이루어진다. 세타 축은 베어링(96)을 통해 z축 플레이트 상에서 회전한다. 세타 회전 작용은 상승 튜브(98)를 통해 상부 단부 이펙터 하우징(102) 및 하부 단부 이펙터 하우징(100)에 결합된다. 전체 시스템은 병진 이동(y축) 구동기(미도시) 상에 장착된다.
도 5b는 상승 튜브(98)의 상부에 장착되는, 상부 단부 이펙터 하우징(102) 및 하부 단부 이펙터 하우징(100)의 더 정밀한 도면을 도시한다. 2개의 단부 이펙터 하우징은 로봇을 이용하는 작동에 안정된 구조를 제공하기 위해 기계적으로 결합된다. 도시된 바와 같이, 하부 단부 이펙터 하우징(100)은 기계식 링크(104)를 통해서 하부 단부 이펙터(112) 및 그 구동 기구를 돕는다. 하부 단부 이펙터(112)는 저장 영역 또는 FOUP로부터 물체(312)를 가져와서, 이를 회전 가능한 척(124) 위에 위치시킨다. 회전 가능한 척(124)은 단부 이펙터(112)로부터 물체(312)를 들어올리도록 상승하며, 센터링 계산 및 OCR을 위해 이를 회전시킨다. 하부 단부 이펙터(112)는 일련 번호 문자를 보여주기 위해 사용되는 개별적인 카메라(120)를 갖는다. 하부 카메라(120)는 브래킷(114)을 통해 하부 단부 이펙터 하우징에 장착된다.
상부 단부 이펙터 하우징(102)은 기계식 링크(106)를 통해서 상부 단부 이펙터(108) 및 그 구동 기구를 지지한다. 상부 단부 이펙터(108)는 저장 영역 또는 FOUP로부터 물체(313)를 가져와서, 이를 제 2 회전 가능한 척(122) 위에 위치시킨다. 회전 가능한 척(122)은 단부 이펙터(108)로부터 물체(313)를 들어올리도록 상승하며, 센터링 계산 및 OCR을 위해 이를 회전시킨다. 상부 단부 이펙터(108)는 브래킷(116)을 통해 상부 단부 이펙터 하우징(102)에 장착되는, 일련 번호 문자를 보여주기 위해 사용되는 개별적인 카메라(118)를 갖는다. 이 도면에 도시된 운반 기구는 평행한 센터링 계산 및 OCR을 위해 2개의 물체 아암 및 2개의 회전 가능한 척을 지지한다.
이 예시적인 구성은 복수의 로봇 조립체들을 먼저 세타 회전 기구와 연결시키며, 그 후 전체 시스템은 y 및 z 수평 병진 이동 및 수직한 리프트와 같은 추가의 동작 기구와 연결된다. 복수의 로봇 조립체와 같은 다른 구성이 또한 가능하며, y 수평 병진 이동 또는 z 수직한 리프트와 먼저 연결될 수 있다. 또한, 2개의 수평한 병진 동작들과 같은 추가의 동작 기구가 제공될 수 있다.
도 6은 로봇의 모션 축들을 도시한다. 선형 가이드 레일(132)은 y 축 또는 병진 이동 축에 안내된 모션을 제공한다. 병진 이동 플레이트(136)는 선형 가이드(132)를 통해 병진 이동 베어링 상에서 움직인다. z축 플레이트(130)는 병진 이동 플레이트(136)에 부착되며, z축 구동 벨트 시스템 및 z축 리드 스크류를 포함하는 z축 구동기(88)에 대한 지지를 제공한다. z축 기구들은 z축 플레이트를 수직하게 위치시켜 FOUPs 또는 카세트(140, 142)와 같은 물체 캐리어에 대한 수직한 접근을 제공한다. 세타 구동 시스템(94)은 z축 플레이트에 장착되며, 상승 튜브(98)에 대한 회전 가능한 위치 설정을 제공한다. 정상에는 상승 튜브 및 단부 이펙터 하우징(100, 102)이 장착된다. 상부 OCR 카메라(118) 및 하부 OCR 카메라(120)는 상부 단부 이펙터 및 하부 단부 이펙터 각각에 대한 일련 번호 식별을 허용한다.
도 7a 내지 도 7e는 작동중인 본 발명의 실시예를 도시한다. 도 7a는 FOUP 또는 카세트로부터 상부 단부 이펙터에 의해 회수되는 웨이퍼를 도시한다. 도 7b는 상부 단부 이펙터가 제 1 회전 가능한 척 상에 제 1 웨이퍼를 배치하고, 척이 오프셋 계산 및 OCR 작동을 위해 웨이퍼를 회전시키는 동안, 하부 단부 이펙터가 동일한 FOUP 또는 카세트로부터 제 2 웨이퍼를 회수하는 것을 도시한다. 도 7c는 하부 단부 이펙터가 수축하고, 제 2 웨이퍼가 제 2 회전 가능한 척 상에 배치되며, 척이 오프셋 계산 또는 OCR 작동을 위해 회전하는 것을 도시한다. 로봇은 센터링 계산 및/또는 OCR 작동이 병행하여 일어나는 동안 제 1 FOUP로부터 제 2 FOUP로 병진 이동한다. 도 7d는 제 2 FOUP의 전방에 위치된 로봇을 도시하며, 제 1 웨이퍼를 도시하고 있다. 이러한 교환 시간 동안, 제 2 웨이퍼는 센터링 또는 OCR을 위해 처리된다. 도 7e는 제 2 웨이퍼를 목적지 FOUP으로 배치하는 하부 단부 이펙터를 도시한다. 양쪽 웨이퍼들은 로봇(z) 및 병진 이동 작동뿐 아니라 작동들을 회수하고 배치하는 것에 대해 병렬식으로 처리된다.
도 8은 세타 작동을 요구하는 구성을 도시한다. FOUPs(140, 142)은 일 측에 선형으로 위치되며, FOUP(144, 146)은 대향 측에 선형으로 위치된다. 로봇 조립체들의 회전 세타 기구는 단부 이펙터가 140 및 144와 같은 대향하는 FOUPs에 접근하게 한다.
도 9는 이 시스템의 평면도이다. 본 발명의 로봇은 2개의 대향하는 FOUPs 또는 카세트 세트 사이에 도시되며, 대향하는 FOUP 또는 카세트를 향하도록 회전하거나 주어진 FOUP 또는 카세트 내에서 물체들을 처리하도록 z방향으로 이동하도록, FOUPs/카세트 사이에서 측방향으로 이동할 수 있는 성능을 허용한다.
도 10은 시스템 엔클로저(158)에 둘러싸여 부착되는 FOUPs(140, 144) 및 그 각각의 개방기 기구(150, 154)의 측면도를 도시한다. 엔클로저 내에서, 로봇은 병진 이동 y 동작 기구 및 회전 세타 기구를 통해 FOUP 위치들 사이에서 및 z 동작 기구들을 통해 FOUP 내의 웨이퍼 위치들 사이에서 이동할 수 있다. 이들 모션중에, 웨이퍼는 센터링 및 OCR을 위해 개별적으로 처리되며, 그에 따라 시스템의 처리량을 최대화한다.
본 발명의 상세한 설명이 보다 잘 이해될 수 있도록, 그리고 본 발명의 기술에 대한 기여도가 보다 잘 평가될 수 있도록, 본 발명의 특정한 실시예들이 이렇게 다소 폭넓게 개괄되었다. 물론 하기에 설명되며 본 명세서에 첨부된 특허청구범위의 내용을 형성할 것인 본 발명의 추가의 실시예들이 존재한다.
본 발명의 많은 특징 및 이점들은 상세한 설명으로부터 명확하며, 따라서 첨부된 특허청구범위에 의해 본 발명의 진정한 사상 및 범주 내에 속하는 본 발명의 모든 이러한 특장점들이 포함될 것이다. 또한, 다수의 수정 및 변형이 당업자에게 용이하게 일어날 것이기 때문에, 도시되고 설명된 정확한 구성 및 작동에 본 발명을 제한하고자 하지 않으며, 따라서 본 발명의 범주 내에 속하는 모든 적합한 변형 및 균등물이 사용될 수 있다.
10: 단부 이펙터 11: 물체
13: 로봇 조립체 14: 회전 척
41A, 41B: 베이스 섹션 43A, 43B: 단부 이펙터
44A, 44B: x-동작 기구 80: z축 모터
82: 수직 리드 스크류 86: 지지 베어링
88: 가이드 레일 90: z축 플레이트
92: 위치설정 모터 94: 구동 시스템
96: 베어링 98: 상승 튜브
100, 102: 로봇 조립체 104, 106: 기계식 링크
108: 상부 단부 이펙터 112: 하부 단부 이펙터
114, 116: 브래킷 118, 120: 카메라
130: z축 플레이트 132: 선형 가이드 레일
136: 병진 이동 플레이트 140, 142: FOUPs 또는 카세트
144, 146: FOUP 150, 154: 개방기 기구

Claims (25)

  1. 물체 운반 시스템으로서,
    둘 이상의 물체 동작 조립체 및 제어기를 포함하며,
    상기 둘 이상의 물체 동작 조립체는 각각:
    지지체;
    단부 이펙터를 이동시키기 위해 상기 지지체에 결합되는 x-동작 기구로서, 상기 단부 이펙터는 정지 위치와 확장 위치 사이에서 이동하며, 상기 확장 위치는 물체 스테이션 내의 물체를 핸들링하기 위해 상기 물체 스테이션에 도달되는, x-동작 기구;
    상기 지지체에 결합되는 회전 기구로서, 상기 회전 기구는 상기 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때 단부 이펙터에 대해 물체를 회전시키도록 형성되는, 회전 기구; 및
    상기 지지체를 이동시키기 위한 추가 동작 기구;를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 회전 기구가 상기 둘 이상의 물체 조립체의 추가 동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 회전시키도록, 상기 둘 이상의 물체 동작 조립체를 조정하기 위한 것인
    물체 운반 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 동작 기구는 물체 스테이션 내의 상이한 위치들에서 물체를 핸들링하기 위해 복수의 y-위치들 사이에서 이동하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 동작 기구는 복수의 물체 스테이션들 사이에서 이동하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    각각의 물체 동작 조립체는 물체로부터 ID를 판독하기 위해 상기 지지체에 결합되는 판독 기구를 더 포함하는
    물체 운반 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 판독 기구는 상기 둘 이상의 물체 조립체의 추가 동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 식별하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  6. 복수의 물체 스테이션들 사이에서 복수의 물체를 운반하기 위한 물체 운반 시스템으로서, 물체 운반 조립체가:
    지지체;
    둘 이상의 물체 동작 조립체로서, 각각의 물체 동작 조립체가:
    단부 이펙터를 선형으로 이동시키기 위해 상기 지지체에 결합되는 선형 x-동작 기구 - 상기 단부 이펙터는 정지 위치와 확장 위치 사이에서 이동하며, 상기 확장 위치는 물체 스테이션 내의 물체를 핸들링하기 위해 상기 물체 스테이션에 도달함 -; 및
    상기 지지체에 결합되는 회전 기구 - 상기 회전 기구는 상기 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때 단부 이펙터에 대해 물체를 회전시키도록 형성됨 -;를 구비하는, 물체 동작 조립체;
    상기 지지체를 이동시키기 위한 추가 동작 기구; 및
    상기 회전 기구가 상기 둘 이상의 물체 조립체의 추가 동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 회전시키도록, 상기 둘 이상의 물체 동작 조립체를 조정하기 위한 제어기;를 포함하는
    물체 운반 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 추가 동작 기구는 물체 스테이션 내의 상이한 위치들에서 물체를 핸들링하기 위해 복수의 y-위치들 사이에서 이동하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    각각의 물체 동작 조립체는 물체로부터 ID를 판독하기 위해 상기 지지체에 결합되는 판독 기구를 더 포함하는
    물체 운반 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 판독 기구는 상기 둘 이상의 물체 조립체의 추가 동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 식별하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 제어기는 물체의 식별에 의해 물체의 목적지를 결정하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  11. 물체 운반 시스템으로서:
    지지체;
    둘 이상의 물체 동작 조립체로서, 각각의 물체 동작 조립체가:
    단부 이펙터를 선형으로 이동시키기 위해 상기 지지체에 결합되는 선형 x-동작 기구로서, 상기 단부 이펙터는 정지 위치와 확장 위치 사이에서 이동하며, 상기 확장 위치는 물체 스테이션 내의 물체를 핸들링하기 위해 상기 물체 스테이션에 도달되는, 선형 x-동작 기구; 및
    상기 지지체에 결합되는 회전 기구로서, 상기 회전 기구는 상기 단부 이펙터가 정지 위치에 있을 때 단부 이펙터에 대해 물체를 회전시키도록 형성되는, 회전 기구;를 구비하는, 물체 동작 조립체;
    복수의 상기 물체 스테이션들 사이에서 상기 지지체를 회전시키기 위한 세타 동작 기구;
    상기 물체 스테이션 내의 상이한 위치들에서 물체를 핸들링하기 위해 상기 지지체를 선형으로 이동시키기 위한 선형 y-동작 기구;
    복수의 상기 물체 스테이션들 사이에서 상기 지지체를 선형으로 이동시키기 위한 선형 z-동작 기구; 및
    상기 회전 기구가 상기 둘 이상의 물체 조립체의 세타 동작 기구, y-동작 기구 및 z-동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 회전시키도록, 상기 둘 이상의 물체 동작 조립체를 조정하기 위한 제어기;를 포함하는
    물체 운반 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 회전 기구가 물체를 정렬시키도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    각각의 물체 동작 조립체는 물체로부터 ID를 판독하기 위해 상기 지지체에 결합되는 판독 기구를 더 포함하는
    물체 운반 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 판독 기구는 상기 둘 이상의 물체 조립체의 y-동작 기구의 동작중으로서, 다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작중이지만 당해 물체 조립체의 x-동작 기구가 동작하지는 않는 동안 물체를 식별하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 제어기는 물체의 식별에 의해 물체의 목적지를 결정하도록 형성되는
    물체 운반 시스템.
  16. 운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법으로서, 상기 운반 시스템은:
    각각이 물체 위치에서 물체를 선형으로 핸들링하기 위한 둘 이상의 선형 x-동작 기구;
    각각이 대응하는 x-동작 기구에 대해 물체를 회전시키기 위한 둘 이상의 회전 기구; 및
    상이한 물체 위치들 사이에서 이동하기 위한 하나 이상의 추가 동작 기구;를 포함하며,
    상기 방법은:
    다른 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작 중이지만, 동일한 물체 조립체의 x-동작 기구의 동작 중이 아닌, 상기 추가 동작 기구의 동작 중에 대응하는 x-동작 기구에 대해 물체를 회전시키는 단계를 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체를 회전시키는 단계는 물체를 정렬 마크에 대해 정렬시키는 단계를 더 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체를 회전시키는 단계는 ID 마크를 판독함으로써 물체를 식별하는 단계를 더 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 추가 동작 기구의 동작들은 상이한 물체 스테이션의 물체 위치들 사이에서의 동작들 및 물체 스테이션 내의 물체 위치들 사이에서의 동작들 중 하나 이상을 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 물체 위치들 사이에서의 y-동작 기구의 동작중에 상기 물체를 회전시키는 단계는 모든 물체를 위한 지지부가 상이한 물체 위치로 이동하는 동안 물체를 회전시키는 단계를 포함하는
    물체 운반을 위한 방법.
  21. 운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법으로서, 상기 운반 시스템은:
    각각이 물체 위치 내에서 물체를 선형으로 핸들링하기 위한 둘 이상의 선형 x-동작 기구;
    각각이 대응하는 x-동작 기구에 대해 물체를 회전시키기 위한 둘 이상의 회전 기구; 및
    상이한 물체 위치들 사이에서 이동하기 위한 하나 이상의 추가 동작 기구;를 포함하고,
    상기 방법은,
    y-동작 기구가 새로운 물체 위치로 선형으로 이동하고 x-동작 기구가 물체를 선형으로 핸들링하는 동안:
    다른 물체의 회전 기구의 회전 척을 연장시키는 단계;
    상기 회전 척을 연장시키는 단계 후에 대응하는 x-동작 기구에 대해 다른 물체를 회전시키는 단계; 및
    상기 회전시키는 단계를 완료한 후에 상기 회전 척을 수축시키는 단계;를 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 물체를 회전시키는 단계는 정렬 마크에 대해 물체를 정렬시키는 단계를 더 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 물체를 회전시키는 단계는 ID 마크를 판독함으로써 물체를 식별하는 단계를 더 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    물체 위치에 대한 추가 동작은 상이한 물체 스테이션들의 물체 위치들 사이에서의 동작들 및 물체 스테이션 내의 물체 위치들 사이에서의 동작들 중 하나 이상을 포함하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    물체 스테이션 내의 물체 위치들 사이에서의 동작 및 물체 스테이션들 사이에서의 동작을 위한 둘 이상의 추가 동작 기구가 존재하는
    운반 시스템을 위한 동시적인 물체 운반을 위한 방법.
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US11/859,752 US7976263B2 (en) 2007-09-22 2007-09-22 Integrated wafer transfer mechanism
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