KR101689550B1 - 기판들을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치, 시스템들 및 방법들 - Google Patents

기판들을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치, 시스템들 및 방법들 Download PDF

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사티쉬 선다르
제프리 씨. 허드겐스
프루드흐비 알. 친타라파티
윌리엄 닉슨 주니어 테일러
윌리엄 피. 라세키
제프리 에이. 브로딘
딘 씨. 흐루제크
마리오 대이브 실베티
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

전자 디바이스 제조 시스템의 시스템 부품들 사이에서 기판들을 운반하기 위한 시스템들, 장치 및 방법들이 제공된다. 이 시스템들 및 장치는 베이스, 상기 베이스 상의 전극 쌍, 및 상기 기판과 전극 쌍 사이에 틈을 제공하도록 상기 전극 쌍들로부터 상기 기판을 이격시키기 위한 스페이서 부재들을 갖는 정전기 엔드 이펙터를 포함한다. 본 발명의 방법들뿐만 아니라 다수의 다른 양태들이 제공된다.

Description

기판들을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치, 시스템들 및 방법들{ELECTROSTATIC END EFFECTOR APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS FOR TRANSPORTING SUBSTRATES}
관련 출원
본 출원은, 2009년 1월 11일자로 출원되고 제목이 "ELECTROSTATIC END EFFECTOR APPARATUS, SYSTEMS AND METHODS FOR TRANSPORTING SUBSTRATES(대리인 참조 번호 13249/L)"인 U.S. 가특허출원 제 61/143,807호에 대한 우선권을 주장하며, 상기 가특허출원은 이에 의해 모든 목적을 위해 전체로서 인용에 의해 본원에 통합된다.
본 발명은 전자 디바이스들의 제조에 관한 것이며, 보다 구체적으로 기판들을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치, 시스템들 및 방법들에 관한 것이다.
전자 디바이스들, 제품들 및 메모리 물품들의 제조시, 그러한 디바이스들에 대한 전구체 물품들(예를 들면, 기판들)은 로봇 장치에 의해 제조 시설의 다양한 시스템 부품들 사이에서 운반될 수 있다. 예를 들면, 운반은 클러스터 툴 내의 하나의 프로세스 챔버로부터 다른 챔버로, 클러스터 툴 내의 로드 포트(load port)로부터 프로세스 챔버로, 또는 팩토리 인터페이스 내의 기판 캐리어로부터 로드 포트로 등등으로 이루어질 수 있다. 그러한 로봇 운반 중에, 효율성 및 정확성을 갖는 기판의 이동 및 배치가 요구된다.
따라서, 전자 디바이스들의 제조시 기판들을 운반하기 위한 효율적인 시스템들, 장치 및 방법들이 요구된다.
일 양태에서, 전자 디바이스 제조 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 기판 운반 시스템이 제공된다. 이 기판 운반 시스템은 로봇 부품, 그리고 상기 로봇 부품에 결합되는 엔드 이펙터를 포함하고, 상기 엔드 이펙터는 베이스, 상기 베이스 상의 전극 쌍, 및 상기 기판과 전극 쌍 사이에 틈을 형성하도록 구성되는 스페이서 부재들을 구비하여서, 상기 시스템 부품들 사이에서의 운반중인 시간에 정전기 전하가 상기 기판을 상기 엔드 이펙터에 고정시키도록 구성된다.
다른 양태에 따르면, 전자 디바이스 제조 시스템의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치가 제공된다. 정전기 엔드 이펙터는 로봇 부품에 연결되도록 구성되는 베이스, 상기 베이스 상에 위치되는 전극 쌍, 및 상기 베이스 상에 위치되며, 상기 기판과 전극 쌍 사이에 틈을 제공하도록 구성되는 스페이서 부재들을 포함한다.
다른 양태에서, 전자 디바이스 제조 시스템 내의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치가 제공된다. 정전기 엔드 이펙터는 로봇 부품에 연결되도록 구성되는 비전도성 알루미나 베이스, 상기 베이스 상에 위치되는 전도성 전극 쌍, 상기 베이스 상에 위치되며, 틈만큼 상기 전극 쌍으로부터 기판을 이격시키도록 구성되는 3개의 돔형 전도성 접촉 패드들로 본질적으로 구성되는 스페이서 부재들 ― 상기 스페이서 부재들 중 적어도 하나는 전기 전도성임 ―, 그리고 상기 전극 쌍 및 상기 베이스 중 적어도 하나의 위에 위치되는 복수의 터치다운 패드들을 포함한다.
또 다른 양태에서, 전자 디바이스 제조 시스템의 부품들 사이에서 기판을 운반하는 방법이 제공된다. 이 방법은 엔드 이펙터의 스페이서 부재 상에 기판을 장착하는 단계, 상기 스페이서 부재들에 기판을 끌어 당기도록 상기 엔드 이펙터 상에 위치된 전극 쌍에 전압을 인가함으로써 정전하를 발생시켜서, 상기 기판과 전극 쌍 사이에 틈을 형성하는 단계, 및 운반중인 시간에 상기 정전하를 유지하면서 제조 시스템의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하는 단계를 포함한다.
본 발명의 이들 및 다른 양태들에 따라 다수의 다른 양태들이 제공된다. 본 발명의 다른 특징들 및 양태들이 하기의 상세한 설명, 첨부된 특허청구범위 및 첨부 도면으로부터 보다 충분히 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 전자 디바이스 제조 시스템 내에 포함되는 기판 운반 시스템의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 정전기 엔드 이펙터 장치의 실시예의 평면도이며,
도 3은 도 2에 도시된 정전기 엔드 이펙터의 실시예의 정면도이며,
도 4는 본 발명에 따른 정전기 엔드 이펙터 장치의 다른 실시예의 사시도이며,
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 정전기 엔드 이펙터 장치의 다른 실시예의 저면 사시도 및 평면 사시도이며,
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 방법을 도시하는 흐름도이며,
도 7 내지 도 9는 본 발명의 정전기 엔드 이펙터 장치의 다른 실시예들의 평면도들이며,
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 정전기 엔드 이펙터 장치의 다른 실시예의 평면도 및 측단면도이다.
전자 디바이스 제조 프로세스들은 최종 디바이스를 제조하기 위해 반도체 웨이퍼들, 유리판들(이러한 모든 전구체 물품들은 본 명세서에서 "기판" 또는 "기판들"로 지칭됨)과 같은 다양한 전구체 물품들을 사용한다. 제조 프로세스 및 시스템 내의 한 장소로부터 다른 장소로 기판을 운반하는 동안, 기판은 엔드 이펙터(때때로 "블레이드"로 지칭됨)에 의해 이송될 수 있다. 기판은 운반중에 엔드 이펙터 상에 놓이며, 블레이드와 기판 사이의 미끄러짐은 감소되거나 제거되는 것이 바람직할 수 있다. 엔드 이펙터와 기판 사이의 이러한 상대적인 슬라이딩 운동을 감소하거나 제거하는 것은 배치 오류들(positioning errors)을 감소시킬 수 있고, 실제로 슬라이딩이 일어날 때 재배치 시간을 감소시킬 수 있으며, 시스템 부품들 및 기판들을 오염시킬 수 있는 미립자 발생을 더 감소시킬 수 있다. 또한, 엔드 이펙터에 기판을 클램핑하도록 적합한 체결력(clamping force)이 제공되면, 그러면 엔드 이펙터 및 고정된 기판의 가속도가 증가될 수 있다. 이는, 기판이 다양한 시스템 부품들 사이에서 보다 빠르게 이동되어서 잠재적으로 전자 디바이스 제조 비용들을 낮추게 될 수 있기 때문에, 증가된 프로세스 스루풋(process throughput)으로 변환될 수 있다. 게다가, 클램핑 메커니즘은 쉽게 실행 가능하고 해제가능한 것이 또한 중요할 수도 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따르면, 기판 운반 시스템이 제공된다. 이 기판 운반 시스템은 로봇 손목, 로봇 아암 및/또는 일련의 로봇 부품들과 같은 로봇 부재와, 이 로봇 부재에 결합되는 정전기 엔드 이펙터를 포함할 수 있다. 정전기 엔드 이펙터는 적절히 높은 체결력들(때때로, "처킹력들(chucking forces)"로 지칭됨)을 발생시킬 수 있어서, 동작중에 기판과 엔드 이펙터 사이의 미끄러짐이 감소되거나 제거될 수 있다. 일부 예시들에서, 0.2g보다 큰 체결력들이 얻어질 수 있다. 정전기 엔드 이펙터는 전극 쌍을 갖는 베이스 및 그 위의 스페이서 부재들을 포함할 수 있다. 베이스는 비전도성(예를 들면, 알루미나)일 수 있는 반면, 전극 쌍들은 일반적으로 평면이며 전도성일 수 있다. 스페이서 부재들은 전극들과 기판들 사이에 틈(gap)을 제공한다. 일부 실시예들에서, 스페이서 부재들은 돔형일 수 있는 접촉 패드들(contact pads)로 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 스페이서 부재들은 전도성일 수 있으며, 베이스 상에 장착될 수 있다.
전극 쌍들 사이에 상대 전압을 제공하는 것은 기판을 끌어 당기고 정전기 엔드 이펙터의 스페이서 부재들에 기판을 고정시키는 체결력을 제공하는 정전하를 형성한다. 추가로, 일부 실시예에서 정전기 엔드 이펙터는 적어도 하나의 "터치다운 패드(touchdown pad)"를 더 포함할 수 있다. 기판이 정전하의 영향하에서 편향될 때, 하나 또는 그 초과의 터치다운 패드들은 전극들과의 접촉이 감소되거나 제거되고, 기판의 구부림(flexing) 또는 굽힘(bending)이 최소화되도록 기판의 이동을 제한한다.
상기 시스템들, 장치 및 방법들의 이들 및 다른 실시예들은 도 1 내지 도 11을 참조로 하기에 설명되며, 도면에서 동일한 참조 부호들은 전체에 걸쳐서 동일한 요소들을 지시하는데 사용된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 기판 운반 시스템(100)의 개략도이다. 이 시스템(100)은 로봇(102) 및 이 로봇(102)의 로봇 부품에 결합되는 정전기 엔드 이펙터(104)를 포함할 수 있다. 로봇(102)은 4-링크 로봇, 또는 선택적 컴플라이언스 관절 로봇 아암(Selective Compliance Articulated Robot Arm; SCARA) 로봇과 같은 임의의 유형의 로봇일 수 있다. 다른 유형들의 로봇들이 사용될 수 있다. 로봇은, 예를 들면, 시스템 부품의 프레임 또는 지지부(미도시)에 장착되도록 구성되는 지지 베이스(106)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 지지 베이스(106)는 팩토리 인터페이스의 프레임 또는 클러스터 툴의 프레임에 장착되고 이에 의해 지지될 수 있다. 일부 실시예들에서, 로봇(102)은 수직 피스톤(108)을 포함할 수 있으며, 수직 피스톤은 Z-축을 따라 (지면(paper)의 내부 및 외부로) 지지 베이스(106)에 대해 이동 가능할 수 있다. 수직 피스톤(108)의 운동은 Z-축을 따라 정전기 엔드 이펙터(104)의 이동을 야기하여, 기판을 프로세스 챔버 내의 핀 상에 또는 기판 캐리어 내의 슬롯들 상에 배치하는 것과 같은 기판 지지부 상의 기판의 배치를 달성한다. 로봇(102)은 벨트들 또는 체인들에 의해 연결될 수 있는 로봇 아암들(110, 112) 및 로봇 손목(114)과 같은 임의의 수의 로봇 아암들을 포함할 수 있어서, 화살표(116) 방향으로의 제 1 아암(110)의 회전은 화살표(118)로 도시된 반대 방향(counter direction)으로 제 2 아암(112)의 상대 회전 및 화살표(120)로 도시된 방향으로의 로봇 손목(114)의 상대 회전을 야기한다. 이들 회전들은 Y-축(122)을 따르는 정전기 엔드 이펙터(104)의 순수한 병진 운동으로 전환된다.
이러한 운동들은 (점선으로 도시된) 기판(124)을 시스템 부품으로부터 로딩되거나 언로딩되도록 할 수 있다. 예를 들면, 로봇(102) 및 결합된 정전기 엔드 이펙터(104)로 구성된 기판 운반 시스템(100)은, 예를 들면, 로드 포트(load port)에서 결합(docked)되는 기판 캐리어(126)로부터 팩토리 인터페이스 내의 툴(예를 들면, 클러스터 툴)의 로드록(128)으로 기판(124)을 운반시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 기판 운반 시스템(100)은 툴의 운반 챔버내에서 활용될 수 있으며, 로드록(128)과 프로세스 챔버(미도시) 사이 또는 프로세스 챔버들 사이에서 기판을 운반할 수 있다. 정전기 엔드 이펙터의 사용은 기판(124)과 정전기 엔드 이펙터(104) 사이에서 미끄러짐 없이 기판(124)의 비교적 빠른 운반 및 이동을 허용할 수 있다. 제어기(129)는, 정전기 엔드 이펙터(104)에 공급되는 전압 레벨을 제어함으로써, 로봇(102) 및 부착된 정전기 엔드 이펙터(104)의 운동을 제어하고 정전기 엔드 이펙터(104)에 의해 발생된 정전하를 더 제어하도록, 로봇(102) 및 또한 정전기 엔드 이펙터(104)에 적합한 제어 신호를 제공할 수 있다. 정전기 엔드 이펙터들의 예시적인 실시예들의 부가적인 세부 사항들은 도 2 내지 도 11을 참조로 하기에 제공된다.
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 실시예에 따른 예시적인 정전기 엔드 이펙터(104)의 개략적 평면도 및 정면도이다. 정전기 엔드 이펙터(104)는 로봇 부품(미도시)에 부착되도록 구성된 제 1 단부(232) 및 제 1 단부(232)로부터 대향하는 단부 상의 제 2 단부(234)를 포함하는 베이스(230)를 포함할 수 있다. 베이스(230)는 실질적으로 평면일 수 있고, 약 0.05 인치(1.3㎜) 내지 약 0.12 인치(3.1㎜)의 두께를 가질 수 있으며, 예를 들면 적절한 비전도성 (절연) 재료로 제조될 수 있다. 한가지 적합한 재료는 알루미나, 바람직하게는 예를 들면 99.5% 순도의 알루미늄 산화물(99.5% pure aluminum oxide)일 수 있다. 정전기 엔드 이펙터(104)가 노출될 수 있는 처리 온도 및 기판의 크기에 따라 다른 재료들 및 치수들이 사용될 수 있다. 알루미나는 비교적 높은 프로세스 온도들(예를 들면, 500℃ 초과)을 견딜 수 있는 그것의 능력 때문에 양호한 선택성(good choice)을 제공할 수 있다. 베이스(230)는, 예를 들면, 프로세스 챔버(미도시)의 기판 지지 핀(pins)들 사이에서의 통행(passing)을 수용하도록(accommodate) 사실상 넓을 수 있다. 정전기 엔드 이펙터(104)는 고정구들(예를 들면, 볼트들, 나사들, 리벳들, 급속 분리(quick disconnect) 등)에 의해서와 같이 임의의 적합한 수단에 의해 로봇 부품(예를 들면, 도 1에 도시된 로봇 손목(114) 또는 로봇 아암)에 부착될 수 있다. 예를 들면, 고정구들이 사용될 때, 볼트들은, 예를 들어, 구멍들(235A, 235B)에 수용될 수 있다. 더 적거나 더 많은 구멍들이 사용될 수 있다.
베이스(230) 상에는, 기계적 고정, 홈 형성(recessing), 적층 형성(laminating), 점착, 또는 증착 등 중 어느 하나에 의하여, 제 1 전극(238A) 및 제 2 전극(238B)으로 구성된 전극 쌍(236)이 제공될 수 있다. 전극들(238A, 238B)은 임의의 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 바람직하게는 평면의 상부 표면(기판 표면에 대해 대향하는 표면)을 가질 수 있다. 전극들(238A, 238B)에 적합한 전도성 재료들은 알루미늄(예를 들면, 6061 알루미늄), 스테인리스 스틸, 몰리브덴(Mb), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 탄탈(Ta), 지르코니아(ZrO2), 실리콘 카바이드(SiC), 또는 은(Ag), 또는 Mo-Mn 합금과 같은 상기 재료들의 합금들을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전극들은 예를 들면, 가령, 니켈로 도금될 수 있다. 전극들(238A, 238B)은 증착된 전도성 재료로 된 비교적 얇은 층 또는 플레이트들로 형성될 수 있다.
전극들(238A, 238B)이 베이스(230) 상에 전도성 층으로서 증착되는 경우, 전극들은, 예를 들면, 은(Ag), 니오브(Nb), 백금(Pt), 탄탈(Ta)로 된 박층 또는 다른 금속 필름 또는 증착된 층일 수 있다. 일부 실시예들은 약 125 미크론 두께까지의 무전해(electrolessly) 또는 전해(electolytically) 니켈(Ni) 도금을 통해 약 10 미크론의 은(Ag) 층을 포함할 수 있다. 선택적으로, 전극들(238A, 238B)은 티타늄-증착된 알루미나 또는 정전하를 발생시키기에 충분히 높은 전도성을 갖는 다른 도핑된 세라믹과 같은 금속화된 세라믹(metalized ceramic)일 수 있다. 증착된 층 또는 필름 층의 층 두께는, 예를 들면, 적어도 약 5 미크론, 또는 적어도 약 10 미크론 또는 그 초과(or more), 또는 적어도 약 20 미크론 또는 그 초과일 수 있다. 다른 도핑된 층 또는 필름 층 두께들이 사용될 수 있다. 전극들(238A, 238B)은 직사각형 또는 세장형과 같이, 평면도에서 적합한 임의의 형상을 가질 수 있으며, 대략 기판(124)의 폭만큼 길 수 있다.
전극(238A, 238B)들은 전기 접촉(electrical contact)으로부터 전극들을 절연시키도록 그 표면상에 형성된 유전체 층을 포함할 수 있다. 유전체 층은, 예를 들면, 플라즈마 열 스프레이 코팅 공정에 의해 제공되는 알루미나일 수 있으며, 약 10 미크론 내지 30 미크론 또는 그보다 두꺼운 두께를 가질 수 있다. 그러나 일부 실시예들에서, 전극들에는 절연 유전체 층이 실질적으로 없을 수 있다. 이는 정전하를 빠르게 해제시키는 능력을 증가시키며, 그에 따라 비교적 빠른 클램핑 및 클램핑 해제(unclamping)를 허용할 수 있다.
전도체들(239A, 239B)은 전극들(238A, 238B)에 부착될 수 있으며, 개략적으로 도시된 조정 가능한 전압원(240)에 부착하도록 구성될 수 있다. 부착은 전기 접촉 패치들(241A, 241B)에 의해 보조될 수 있으며, 전기 접촉 패치들은 로봇 부재들(예를 들면, 손목 및 로봇 아암들) 내의 와이어 도선들(wire leads)에 전도체들(239A, 239B)을 쉽게 연결할 수 있도록 할 수 있다. 가변 전압을 제공하기 위한 임의의 적합한 회로 또는 전압원이 사용될 수 있다. 특히, 전압은 운반중에 높은 레벨(예를 들면, 500V 내지 2000V)로 설정될 수 있으며, 기판 배치 공정 중에 더 낮은 레벨(또는 실질적으로 제로 전압(zero voltage))로 감소될 수 있다(이로써 엔드 이펙터(104)로부터의 기판(124)의 분리가 일어날 수 있음). 분리는 예를 들면, 리프트 핀의 사용을 통하여 또는 로봇의 수직 운동 능력(vertical motion capability)을 통하여 일어날 수 있다.
정전기 엔드 이펙터(104)는 전극들(238A, 238B)로부터 기판(124)을 적절한 거리로 이격시키기 위한 스페이서 부재들을 더 포함한다. 일부 실시예들에서, 스페이서 부재들은 3 또는 그 초과의 접촉 패드들(242A, 242B, 242C)일 수 있다. 다른 구현에서, 접촉 패드들의 개수는 본질적으로 3개의 접촉 패드들(즉, 242A, 242B, 242C)만으로 구성될 수 있다. 접촉 패드들(242A, 242B, 242C)은 (평면도에서) 원형, 타원형, 정사각형, 육각형, 팔각형, 또는 직사각형과 같은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 다른 형상들이 사용될 수 있다. 바람직하게, 2개의 접촉 패드들(예를 들면, 242B 및 242C)은 제 2 단부(234)에서 측방향으로 이격될 수 있으며, 베이스(230)의 제 2 단부(234)에 형성된 리세스(244)의 양쪽에 위치될 수 있다. 접촉 패드들(242B, 242C)은 운반중인 기판(124)의 크기 및 다양한 프로세스 챔버들 내의 기판 지지부들의 구성에 기초하여, 사실상 측방향으로 멀리 떨어져 이격될 수 있다. 제 1 단부(232)에서 접촉 패드(242A)는 실질적으로 정전기 엔드 이펙터(104)의 중심선(245) 상에 위치되며, 기판(124)의 크기에 대해 사실상 제 1 단부(232)에 대하여 멀리 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 접촉 패드들(242A, 242B, 242C)은 기판(124)과 3점 접촉을 제공할 수 있음으로써, 전극들(238A, 238B)과 기판(124) 사이에 틈을 제공할 수 있다.
접촉 패드들(242A 내지 242C)은 용접, 압입 끼워맞춤, 점착, 나사결합, 볼트 조임, 또는 다른 기계적 고정 등과 같은 임의의 적합한 수단에 의해 베이스(230)에 고정될 수 있다. 접촉 패드들(242A 내지 242C) 중 하나 또는 그 초과(one or more) 및 바람직하게 전부는 전기 전도성일 수 있다. 전기 전도성인 것은 하기에 보다 충분히 설명될 전기 접지를 구현하는데 요구될 수 있다. 접촉 패드들(242A 내지 242C)용 재료들은 위에 나열된 전극들에 대해 특정된 재료들 중 임의의 재료일 수 있다. 선택적으로, 접촉 패드들(242A 내지 242C)은 티타늄 도핑된 알루미나일 수 있다. 접촉 패드들(242A 내지 242C)은 예를 들면 표면 마찰을 향상시키고 미립자 발생을 제한하기 위해, 약 45㎛ 내지 65㎛의 표면 조도(Ra)를 가질 수 있다. 접촉 패드들(242A 내지 242C)은 접촉 면적을 더 최소화하도록 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같은 돔형 프로파일을 가질 수 있다. 접촉 패드들(242A 내지 242C)은 기판과 전극들(238A, 238B) 사이에 틈(G)을 형성하는 양만큼 전극들(238A, 238B)의 상단면(top surface) 위로 기판(124)을 들어 올리는 적합한 높이를 가질 수 있다. 이 높이는 틈(G)이 약 0.025 인치(635 미크론) 미만, 또는 심지어 약 0.005 내지 0.025 인치(약 127 내지 635 미크론), 또는 심지어 약 0.010 내지 0.020 인치(약 254 내지 508 미크론)가 되도록 설계되어야 한다.
접촉 패드(242A 내지 242C) 중 하나 또는 그 초과에 전기 접속된 스위칭 가능한(switchable) 접지 회로(246)가 도 2에 개략적으로 도시된다. 스위칭 가능한 접지 회로(246)는 전도체들(239A, 239B)에 대한 전압을 끌 때, 임의의 잔류 전기 정전하들(static electrical charges)이 기판(124)으로부터 유출되도록(bled) 허용할 수 있다. 접지는 기판 배치 이전에 이루어질 수 있으며, 여기서 기판(124)은 정전기 엔드 이펙터(104)로부터 분리된다. 접지(248)는 스위칭 가능한 것으로 생각될 수 있는데, 전도체들(239A, 239B)에 대한 전압이 꺼질 때까지, 스위치(247)가 일반적으로 개방되고 접지(248)가 작동하지 않기 때문이다. 일단 전압이 꺼지면, 스위치(247)는 폐쇄되고, 접지(248)와 상호 접속되어 기판(124) 상의 임의의 잔류 정전하를 배출할 수 있다. 따라서, 스위칭 가능한 특징은, 필요시 접지(248)가 스위치(247)를 통해 상호 접속될 수 있음을 나타낸다.
스페이서 부재들 외에도, 정전기 엔드 이펙터(104)는 하나 또는 그 초과의 터치다운 패드들(243A, 243B)을 포함할 수 있다. 이들 터치다운 패드들(243A, 243B)은 전극들(238A, 238B)에 의해 발생된 정전기력의 작용 하에서, 기판(124)이 편향되거나 구부러지게 할 수 있는 영역들에 위치될 수 있다. 따라서, 터치다운 패드들(243A, 243B)은 기판(124) 및/또는 전극들(238A, 238B)을 손상시킬 수 있는, 기판(124)이 전극들(238A, 238B)과 접촉하게 되는 가능성을 최소화하거나 제거할 수 있다. 도 2의 실시예에 도시된 바와 같이, 터치다운 패드들(243A, 243B)은 전극들(238A, 238B) 사이에 위치되며, 베이스(230) 상에 장착될 수 있다. 터치다운 패드들(243A, 243B)은 기판(124)과의 접촉을 최소화하도록 적합한 높이 및 적합한 개수이어야 한다. 일부 실시예들에서, 터치다운 패드들의 개수는 10개 또는 그 초과, 25개 또는 그 초과, 심지어 50개 또는 그 초과일 수 있다.
베이스(230)는, 그 내부에 형성되며 전극들(238A, 238B) 사이에 위치되어 교정을 허용하는 검사 홀(250)을 포함할 수 있다. 추가로, 베이스(230)는 베이스(230)로부터 적어도 기판(124)의 하면(lower surface) 위의 높이로 연장하는 정지부들(249A, 249B)을 포함할 수 있다. 이들 정지부들(249A, 249B)은, 기판이 정전기 엔드 이펙터(104) 상에 배치된 후 급속한 엔드 이펙터의 운동시 기판(124)의 임의의 슬라이딩 운동을 제한할 수 있다.
전자 디바이스 제조 시스템 내의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터(404)의 다른 실시예가 도 4에 도시된다. 이전 실시예와 유사하게, 이러한 정전기 엔드 이펙터(404)의 실시예는 복수의 전극들(438A, 438B)이 그 위에 장착되는 실질적으로 평면인 절연 베이스(430)를 포함하며, 이 베이스는 전도성 플레이트들일 수 있다. 이 실시예에서, 베이스(430)는 세라믹과 같은 유전체(절연) 재료로 제조될 수 있다. 약 2.5 x 106 Ohm-cm 내지 약 1 x 1014 Ohm-cm의 높은 저항(낮은 전도성)을 갖는 알루미나와 같은 유전체 재료가 사용될 수 있다. 전극들(438A, 438B)은 알루미늄과 같은 전도성 재료로 제조될 수 있으며, 얇은 플레이트로 제조될 수 있다. 이전 실시예와 대조적으로, 정전기 엔드 이펙터(404)의 이러한 실시예는 추가의 전극 쌍들, 즉 전극 쌍들(438A, 438B)과 유사한 구성일 수 있는 전극 쌍들(438E, 438F) 및 전극 쌍들(438C, 438D)을 포함할 수 있다. 전극들(438A 내지 438F)은 나사 구멍들(미도시)을 포함할 수 있으며, 베이스(430)의 하면으로부터 나사들(미도시)에 의해 베이스에 고정될 수 있다. 이 실시예에서 전극들(438A 내지 438F)은 알루미나 박층과 같이 얇은 유전체 층으로 커버될 수 있으며, 이 층은 또한 예를 들면 약 2.5 x 106 Ohm-cm 내지 약 1 x 1014 Ohm-cm의 저항 및 약 10 미크론 내지 약 30 미크론 또는 그보다 두꺼운 두께를 가질 수도 있다. 이전 실시예들과 유사하게, 3개의 접촉 패드들(442A 내지 442C)은 다양한 전극들(438A 내지 438F)로부터 기판(미도시)을 이격시키기 위한 스페이서 부재들을 제공할 수 있다. 이 실시예에서, 다수의 터치다운 패드들(443A 내지 443C)의 세트들은 각각의 전극들(438A 내지 438F)의 쌍들 사이의 여러 지점들에 위치될 수 있다. 3 개 또는 그 초과의 터치다운 패드들이 각각의 전극 쌍에 제공될 수 있다. 다른 개수의 터치다운 패드들이 제공될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 정전기 엔드 이펙터의 저면 사시도 및 평면 사시도가 각각 도 5a 및 도 5b에 도시된다. 이러한 정전기 엔드 이펙터(504)의 실시예는, 예를 들면, 알루미나로 제조될 수 있는 실질적으로 평면인 비전도성 베이스(530), 평면인 필름 전극들(538A, 538B), 및 접촉 패드들(542A 내지 542C)을 포함하는 스페이서 부재들을 포함할 수 있다. 전극들은 제어 가능한 전압원(미도시)에 접속될 수 있는 전기 접촉 패치들(541A, 541B) 및 전도체들(539A, 539B)일 수 있는 바와 같은 니켈 도금된 은(Ag) 필름 또는 은(Ag) 필름일 수 있다. 이 실시예에서, 터치다운 패드들(543)은 전극들 상에 일렬로 형성될 수 있으며, 알루미나와 같은 임의의 유전체 재료를 포함할 수 있다. 터치다운 패드들(543)의 높이는 전극들(538A, 538B)의 표면 위로 약 0.002 인치(약 50 미크론) 내지 0.010 인치(약 254 미크론)일 수 있다. 터치다운 패드들(543)용 유전체 재료와 달리, 전극 표면들은 유전체(절연) 층이 실질적으로 없을 수 있다. 알루미나 터치다운 패드들(543)은 각각의 전극(538A, 538B) 상에서 25개 또는 그보다 많고, 심지어 50개 또는 그보다 많은 수에 달할 수 있다. 이 실시예에서, 전방 접촉 패드들(542B 내지 542C)은 전극 층(538A, 538B)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸일 수 있다.
전술된 스위칭 가능한 접지 회로의 일부를 도시하는 엔드 이펙터(504)의 하면도가 도 5a에 도시된다. 회로 부분은 베이스(530)의 하면 상에 임의의 위치 또는 배향으로 제공될 수 있다. 전기-전도성 도선들(550A, 550B)은 패드들(542A 내지 542C) 중 하나 또는 그 초과의 패드들의 하면에 전기적으로 접속될 수 있다. 전기 전도성 도선(550C)은 전도성 전기 접촉 패치(541C)에 추가로 전기 접속될 수 있으며, 그 후 스위칭 가능한 접지 회로의 나머지에 접속될 수 있다. 전기 전도성 도선들(550A 내지 550C) 및 접촉 패치(541C)는 은 필름, 또는 니켈 도금된 은 필름, 또는 단순히 전도성 와이어와 같은 임의의 적합한 전도체일 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 양태에 따른 전자 디바이스 제조 시스템의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하는 방법을 도시한다. 이 방법(600)은 (602)에서 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터의 스페이서 부재들 상에 기판을 장착하는 단계를 포함한다. 장착한 후 및 기판의 운반 이전에(또는 실질적으로 그와 동시에), 정전기 엔드 이펙터의 전극들은 약 500V 내지 2,000V의 전압 전위(voltage potential)로 통전될 수 있다. 따라서, (604)는, 스페이서 부재에 기판을 끌어 당기고 전극들과 기판 사이에 틈을 제공하도록 기판 내에 형성되는 정전하를 초래한다. 전압은 운반중에 계속해서 인가되며, 적어도 운반중인 시간에 전하를 유지한다(606). 이 방법(600)은 선택적으로 (608)에서 운반중인 시간에 적어도 하나의 터치다운 패드와 접촉하도록 기판을 편향시키기에 충분한 인력을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 기판이 적어도 하나의 터치다운 패드 상에 놓이게 되도록 요구되는 편향은 예를 들면 약 0.005 인치(127 미크론) 또는 그보다 클 수 있다. 기판을 다른 위치로 운반하고 전극들을 비-통전시킨 후, 방법(600)은 (610)에서 전기 접지에 스페이서 부재들 중 적어도 하나를 접속시킴으로써 전기 정전하를 유출시키는(bleeding off) 단계를 선택적으로 포함할 수 있다.
정전기 엔드 이펙터들의 다양한 추가 실시예들이 도 7 내지 도 11을 참조로 도시되고 설명된다. 모든 실시예들은 베이스, 전극 쌍, 및 기판을 3개의 위치들에서 접촉시키고 전극들과 기판(미도시) 사이에 틈을 제공하는 3개의 접촉 패드들을 포함하는 스페이서 부재의 공통 요소들을 포함한다.
도 7에 도시된 엔드 이펙터(704)의 실시예에서, 전극 쌍들(736A 내지 736C)은 베이스(730) 안으로 형성된 포켓들 또는 리세스들(752A 내지 752C) 내에 수용될 수 있다. 전극들(736A 내지 736C)은 기판에 의해 접촉될 수 있는 전극의 노출된 표면상에 알루미나와 같은 절연 층을 포함할 수 있다. 전극들(736A 내지 736C)은 예를 들면, 압입에 의해 베이스(730)에 및 포켓들(752A 내지 752C) 안에 부착되거나, 기계적으로 고정되거나, 적합한 세라믹/에폭시 접착제에 의해 점착될 수 있다. 이전 실시예에서와 같이, 스페이서 부재들은 3점 접촉을 제공하도록 3개의 접촉 패드들(742A 내지 742C)을 포함하며, 하나 또는 그 초과의 터치다운 패드들(743A 내지 743B)이 제공될 수 있다.
도 8에 도시된 정전기 엔드 이펙터(804)의 실시예에서 전극(838A, 838B)은 이전 실시예들에서 도시된 측면 대 측면(side-to-side) 구성과 반대로, 단부 대 단부 배향으로 배치될 수 있다. 전극들(838A, 838B)은 알루미나와 같은 절연체(854)에 부착되고 이에 의해 분리될 수 있다. 절연체(854)에 대한 전극(838A, 838B)의 부착은 납땜(brazing) 등에 의해 이루어질 수 있다. 그후, 납땜된 결합물의 전체 상부 표면은, 예를 들면, 플라즈마 스프레이 프로세스에 의해 두꺼운 알루미나 층으로 코팅될 수 있다. 이 실시예에서, 두꺼운 알루미나 층은 베이스(830)를 형성할 수 있다. 그 후, 두꺼운 층의 표면은 3개의 접촉 패드들(842A 내지 842C) 및 하나 또는 그 초과의 터치다운 패드들(843A, 843B)을 형성하도록 기계적으로 연마되거나 기계가공될 수 있다. 전기 접촉은 임의의 적합한 수단에 의해 정전기 엔드 이펙터(804)의 하면 상에 형성될 수 있다.
도 9에 도시된 정전기 엔드 이펙터(904)의 실시예에서, 전극(938A, 938B)(점선으로 도시됨)은 적층된 구조물(laminated structure) 내에 배치될 수 있다. 전극들(938A, 938B)의 양 측면상에는, 예를 들면, 알루미나로 구성된 유전체 층들(944)이 (상단 층에만 도시됨) 삽입될 수 있다. 다른 유전체 재료들이 사용될 수 있다. 접촉 패드들(942A 내지 942C)을 포함하는 스페이서 부재들 및 터치다운 패드들(943A, 943B)은 상단부 유전체 층에 가령 기계가공 또는 연마에 의해 기계가공될 수 있다. 하단 및/또는 상단 층들(944)은 베이스(930)를 포함할 수 있다.
정전기 엔드 이펙터 장치(1004)의 다른 적층된 실시예가 도 10 및 도 11을 참조로 도시되고 설명된다. 도시된 실시예에서, 전극들(1038A, 1038B)(도 10에 점선으로 도시됨)을 포함하는 전도성 플레이트들은 수평한 단부-대-단부 구성으로 배치될 수 있다. 유전체 재료(예를 들면, 알루미나)로 된 평면 부재들(1055, 1060)은 적층된 구조를 형성하도록 전극들(1038A, 1038B)의 양 측면상에 제공될 수 있다. 고정구들이 조립체를 함께 고정시킬 수 있다. 고정구들은 전도성 스페이서 부재들을 포함하고, 헤드 또는 그의 다른 부분들에 형성된 돔형 패드들(1042A 내지 1042C)을 가질 수 있다. 하나 또는 그 초과의 터치다운 패드들(1043A, 1043B)이 정전기 엔드 이펙터(1004) 상에 더 제공될 수 있다. 전기 접촉 패치들(1041A, 1041B)은 가변 전압원(미도시)에 대한 전기 접속을 도울 수 있다.
전술한 상세한 설명은 본 발명의 오직 예시적인 실시예들을 개시한다. 본 발명의 범주 내에 속하는 전술된 시스템들, 장치 및 방법들의 변형예들이 당업자에게 용이하게 명확해질 것이다.
따라서, 본 발명이 본 발명의 예시적인 실시예에 관하여 개시되었지만, 이어지는 특허청구범위에 의해 한정된 바와 같은 본 발명의 범주 및 사상 내에 다른 실시예가 속할 수 있음이 이해되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전자 디바이스 제조 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 기판 운반 시스템으로서:
    로봇 부품; 및
    상기 로봇 부품에 결합되는 정전기 엔드 이펙터(electrostatic end effector)를 포함하고,
    상기 엔드 이펙터는 베이스, 상기 베이스 상의 전극 쌍, 터치다운 부재들, 및 상기 기판과 상기 전극 쌍 사이에 틈을 형성하도록 구성되는 스페이서 부재들을 포함하며,
    상기 터치다운 부재들은 상기 전극 쌍의 상단 표면에 의해 형성되는 평면으로부터 오프셋된 상단 표면을 가지고, 상기 스페이서 부재들의 높이보다 낮은 높이를 가지며,
    상기 시스템 부품들 사이에서의 운반중인 시간에, 정전하가 상기 기판을 상기 엔드 이펙터의 베이스 상에 위치결정된 상기 스페이서 부재들에 고정시키도록 구성되는,
    기판 운반 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재들 중 적어도 하나에 부착되는 스위칭 가능한 접지 회로(grounding circuit)를 포함하는,
    기판 운반 시스템.
  3. 전자 디바이스 제조 시스템 내의 시스템 부품들 사이에서 기판을 운반하기 위한 정전기 엔드 이펙터 장치로서:
    로봇 부품에 연결되도록 구성된 베이스;
    상기 베이스 상에 위치되는 전극 쌍;
    상기 베이스 상에 위치되며, 상기 전극 쌍과 상기 기판 사이에 틈을 제공하도록 구성되는 스페이서 부재들; 및
    상기 베이스 상에, 상기 전극 쌍 상에, 또는 상기 베이스와 상기 전극 쌍 상에 위치되는 터치다운 부재들;을 포함하며,
    상기 터치다운 부재들은 상기 전극 쌍의 상단 표면에 의해 형성되는 평면으로부터 오프셋된 상단 표면을 가지고, 상기 스페이서 부재들의 높이보다 낮은 높이를 가지는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재들은 상기 베이스 상에 장착된 적어도 3 개의 돔형 패드들(domed pads)을 포함하는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 엔드 이펙터는 적어도 0.2g의 체결력(clamping force)을 발생시키도록 구성되는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 쌍은 상기 베이스 상에 장착되는 전도성 플레이트들로 구성되는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 플레이트들은 그의 상부 표면 상에 형성되는 유전층(dielectric layer)이 없는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 베이스 상에 장착된 전도성 플레이트들로 구성된 다수의 전극 쌍들을 더 포함하는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재들 중 적어도 하나는 전기 전도성인,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 스페이서 부재에 연결되는 접지 회로의 전기 도선(electrical lead)을 더 포함하는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  11. 삭제
  12. 제 3 항에 있어서,
    상기 스페이서 부재들은 상기 기판과 삼점 접촉(three-point contact)을 형성하도록 구성되며, 상기 기판과 상기 전극 쌍 사이의 틈은 635 미크론(microns) 미만인,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  13. 제 3 항에 있어서,
    상기 전극 쌍의 각각의 전극은 254 미크론 미만의 두께를 갖는 얇은 전도성 층으로 구성되는,
    정전기 엔드 이펙터 장치.
  14. 전자 디바이스 제조 시스템의 부품들 사이에서 기판을 운반하는 방법으로서:
    엔드 이펙터의 전기 전도성인 스페이서 부재들 상에 기판을 장착하는 단계;
    상기 스페이서 부재들로 상기 기판을 끌어당기도록 상기 엔드 이펙터 상에 위치된 전극 쌍에 전압을 인가함으로써 정전하를 발생시켜서, 상기 기판과 상기 전극 쌍 사이에 틈을 형성하는 단계;
    전압을 통해, 적어도 하나의 터치다운 패드와 접촉하도록 상기 기판을 편향시킬 수 있는 인력을 가하는 단계; 및
    운반중인 시간에 상기 정전하를 유지하면서, 상기 제조 시스템의 시스템 부품들 사이에서 상기 기판을 운반하는 단계를 포함하며,
    상기 적어도 하나의 터치다운 패드는 전도성인 상기 전극 쌍의 상단 표면에 의해 형성되는 평면으로부터 오프셋된 상단 표면을 포함하고, 상기 스페이서 부재들의 높이보다 낮은 높이를 가지는,
    기판을 운반하는 방법.
  15. 삭제
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