KR101992474B1 - 전자 디바이스 제조시 기판들을 운송하도록 구성된 로봇 시스템들, 장치들, 및 방법들 - Google Patents

전자 디바이스 제조시 기판들을 운송하도록 구성된 로봇 시스템들, 장치들, 및 방법들 Download PDF

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Abstract

기판 운송 시스템들, 장치들, 및 방법들이 기재된다. 시스템들은 붐 링키지를 목적지 근처의 위치로 회전시키는 것에 의해서 그리고 이어서 하나 또는 둘 이상의 기판들을 목적지에서 놓거나 픽킹하기 위해서 상부 아암 링크 하우징 및 하나 또는 둘 이상의 손목 부재들을 독립적으로 작동시키는 것에 의해서 기판들을 목적지에서 효율적으로 놓거나 픽킹하도록 구성되고, 상기 손목 부재는 상기 전방아암 링크 하우징에 대해서 독립적으로 작동되고, 그리고 상기 전방아암 링크 부재의 이동이 상기 상부 아암 링크 하우징의 이동에 대해서 운동역학적으로 링크된다. 수 많은 다른 양태들이 제공된다.

Description

전자 디바이스 제조시 기판들을 운송하도록 구성된 로봇 시스템들, 장치들, 및 방법들{ROBOT SYSTEMS, APPARATUS, AND METHODS ADAPTED TO TRANSPORT SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING}
본 출원은 2011년 8월 8일자로 출원되고 명칭이 "ROBOT SYSTEMS, APPARATUS, AND METHODS ADAPTED TO TRANSPORT SUBSTRATES IN ELECTRONIC DEVICE MANUFACTURING"(대리인 관리 번호 제16136USA호)인 미국 비-가특허출원 일련번호 제13/205,116호로부터 우선권을 주장하며, 상기 출원은 이에 의해 그 전체가 모든 목적들을 위해서 인용에 의해 본원에 포함된다.
본원 발명은 전자 디바이스 제조에 관한 것이고, 그리고 보다 구체적으로 기판들을 운송하도록 구성된 시스템들, 장치들, 및 방법들에 관한 것이다.
통상적인 전자 디바이스 제조 시스템들은 다수의 프로세스 챔버들 및 로드 록(load lock) 챔버들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 챔버들은 클러스터 툴들 내에 포함될 수 있고, 상기 클러스터 툴들에서 복수의 프로세스 챔버들이, 예를 들어, 이송 챔버 주위로 분배될 수 있을 것이다. 이러한 시스템들 및 툴들은, 여러가지 프로세스 챔버들 및 로드 록들 사이에서 기판들을 운송하기 위해서 이송 챔버 내에 수용될 수 있는 이송 로봇들을 채용할 수 있을 것이다. 예를 들어, 이송 로봇이 챔버로부터 챔버로, 로드 록으로부터 챔버로, 및/또는 챔버로부터 로드 록으로 기판을 운송할 수 있을 것이다. 여러가지 시스템 챔버들 사이의 기판들의 효율적이고 정밀한 운송이 시스템 처리량(throughput)에 있어서 중요할 수 있을 것이며, 그에 의해서 전체 동작 비용들을 감소시킬 것이다. 또한, 이는 기판들이 이동하여야 하는 거리들이 감소되기 때문에 감소된 시스템 크기가 추구되는데, 그에 따라 재료 비용들이 감소된다.
따라서, 이송 챔버들에서와 같이, 기판들의 효율적이고 정밀한 이동을 위한 개선된 시스템들, 장치들, 및 방법들이 요구된다.
하나의 양태에서, 전자 디바이스 프로세싱 시스템이 제공된다. 그러한 시스템은 챔버, 상기 챔버 내에 수용되고 그리고 기판을 운송하도록 구성된 로봇 장치를 포함하고, 상기 로봇 장치는 제 1 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성된 붐 링키지(boom linkage), 상기 제 1 회전 축으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지에 커플링된 상부 아암 링크 하우징으로서, 상기 상부 아암 링크 하우징이 상기 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성되는, 상부 아암 링크 하우징, 상기 제 2 회전 축으로부터 이격된 제 2 위치에서 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링되고, 그리고 상기 제 2 위치에서 제 3 회전 축을 중심으로 하는 상기 상부 아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 전방아암(forearm) 링크 하우징, 상기 전방아암 링크 하우징에 커플링되고 제 4 회전 축을 중심으로 하는 상기 전방아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 손목(wrist) 부재로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터(end effector)에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터가 기판을 반송하도록 구성되는, 손목 부재, 그리고 상기 붐 링키지에 강성으로(rigidly; 고정되어) 커플링되고 그리고 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지는 전방아암 구동 부재로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되는, 전방아암 구동 부재를 포함한다.
다른 양태에서, 전자 디바이스 프로세싱 시스템 내에서 기판들을 이동시키도록 구성된 로봇 장치가 제공된다. 그러한 로봇 장치는 제 1 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성된 붐 링키지, 상기 제 1 회전 축으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지에 커플링된 상부 아암 링크 하우징으로서, 상기 상부 아암 링크 하우징이 상기 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성되는, 상부 아암 링크 하우징, 상기 제 2 회전 축으로부터 이격된 제 2 위치에서 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링되고, 그리고 상기 제 2 위치에서 제 3 회전 축을 중심으로 하는 상기 상부 아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 전방아암 링크 하우징, 상기 전방아암 링크 하우징에 커플링되고 제 4 회전 축을 중심으로 하는 상기 전방아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 손목 부재로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터가 기판을 반송하도록 구성되는, 손목 부재, 및 상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 그리고 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지는 전방아암 구동 부재로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되는, 전방아암 구동 부재를 포함한다.
다른 양태에서, 전자 디바이스 프로세싱 시스템 내에서 기판을 운송하는 방법이 제공된다. 그러한 방법은 붐 링키지, 상기 붐 링키지에 커플링된 상부 아암 링크 하우징, 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링된 전방아암 링크 하우징, 및 상기 전방아암 링크 하우징에 커플링된 손목 부재로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터에 커플링되도록 구성된, 손목 부재, 및 상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 그리고 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지는 전방아암 구동 부재로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되는, 전방아암 구동 부재를 가지는 로봇 장치를 제공하는 단계로서, 픽킹(pick) 또는 배치 위치 근처의 위치로 상기 붐 링키지를 회전시키는 단계, 상기 상부 아암 링크 하우징을 상기 붐 링키지에 대해서 독립적으로 회전시키는 단계, 및 상기 손목 부재를 상기 전방아암 링크 하우징에 대해서 독립적으로 회전시키는 단계를 포함한다.
수많은 다른 특징들이 발명의 이러한 그리고 다른 양태들에 따라서 제공된다. 본원 발명의 다른 특징들 및 양태들이 하기의 상세한 설명, 첨부된 청구항들 및 첨부 도면들로부터 보다 전체적으로 자명해질 것이다.
도 1은 실시예들에 따라서 프로세스 챔버들 및/또는 로드 록들 사이에서 기판들을 운송하도록 구성된 메인 프레임의 이송 챔버 내에 위치되는 로봇 장치를 포함하는 기판 프로세싱 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 실시예들에 따른 단일 블레이드를 포함하는 로봇 장치의 등각도이다.
도 2b-2h는 실시예들에 따른 여러 가지 가능한 구성들로 도시된 도 2a의 로봇 장치의 실시예의 등각도들이다.
도 2i는 로봇 장치의 실시예의 가로로 절개된 측면도이다.
도 3은 로봇 장치의 대안적인 실시예의 가로로 절개된 측면도이다.
도 4a는 실시예들에 따른 이중-블레이드 로봇 장치의 등각도이다.
도 4b는 이중-블레이드 로봇 장치의 실시예의 가로로 절개된 측면도이다.
도 4c-4i는 여러 가지 가능한 배향들로 도시된 도 4a의 이중-블레이드 로봇 장치의 실시예의 등각도들이다.
도 5는 실시예들에 따른 대안적인 이중-블레이드 로봇 장치의 가로로 절개된 측면도이다.
도 6은 본원 발명의 다른 양태에 따른 로봇 장치의 동작 방법을 도시한 흐름도이다.
전자 디바이스 제조는 여러 위치들 사이에서의 기판들의 매우 정밀하고 신속한 운송을 필요로 할 수 있을 것이다. 특히, 엔드 이펙터 장치가 로봇 장치의 아암의 단부에 부착될 수 있을 것이고 그리고 기판 프로세싱 시스템의 프로세스 챔버들 및/또는 로드 록들로 그리고 그로부터 엔드 이펙터 상에 놓인 기판들을 운송하도록 구성될 수 있을 것이다. 아암들이 길 때, 로봇 장치의 급속 시발들 및 정지들이 엔드 이펙터의 진동을 유발할 수 있다는 점에서, 로봇 메커니즘의 강성도가 관심의 대상이 될 수 있을 것이다. 통상적인 선택적 순응형(compliance) 아암 로봇 장치(SCARA) 타입 로봇들이 단지 직선형(straight-on) 방식으로 이송 챔버들로 진입 및 진출할 수 있을 것이며, 그에 의해서 그들의 다용도성(versatility)을 제한할 수 있을 것이다. 일부 시스템들에서, 특히 많은 수(예를 들어, 5개 또는 그 초과)의 면들(facets) 및 (도 1에 도시된 바와 같은) 다수의 로드-록들을 가지는 메인프레임들에서, 비용 및 시스템 크기를 줄이기 위해서, 이송 챔버가 가능한 한 작게 제조되도록 요구된다. 또한, 그러한 크기 감소들은 프로세스 챔버들과 로드 록들 사이에서 기판들이 이동할 필요가 있는 거리를 최소화할 수 있을 것이다. 그러나, 작은 공간 봉입부(envelope) 내에 로봇 장치를 패키징하는 것은 기존 로봇들에 대한 상당한 난제(challenge)를 제시한다.
로봇의 크기를 줄이기 위해서 그리고 다수의 프로세스 챔버들을 가지는 클러스터 툴들의 서비스를 가능하게 하기 위해서, 본원 발명은, 제 1 양태에서, 콤팩트한 구성과 독립적인 상부 아암 및 손목 부재 이동 능력과 커플링된 붐을 포함하는 최소 수의 컴포넌트들을 가지는 로봇 장치를 제공한다. 독립적으로 회전가능한 상부 아암, 그리고 단일 블레이드 및 이중 블레이드들이 부착된 독립적으로 회전가능한 손목 부재들을 포함하는 실시예들이 기재된다. 이러한 구성은, 로봇의 봉입부의 전체 크기를 줄일 수 있게 하고, 그리고 비-직선형 배향으로, 즉 프로세스 챔버 면(facet)에 대해 비-수직으로 챔버들 및 로드 록들 내로 진입할 수 있게 허용한다. 또한, 상부 아암 링크 하우징과 전방아암 링크 하우징의 이동들을 운동역학적으로(kinematically) 커플링함으로써, 구성이 단순화될 수 있을 것이다.
하나의 양태에서, 전자 디바이스 제조시 챔버들 사이에서 기판들을 운송하기 위해서 이용될 수 있는 로봇 장치를 포함하는 전자 디바이스 프로세싱 시스템이 제공된다. 전자 디바이스 프로세싱 시스템은 챔버 및 상기 챔버 내에 수용된 로봇 장치를 포함한다. 상기 로봇 장치는 붐 링키지, 상부 아암 링크 하우징, 및 손목 부재를 포함하고, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터는 기판을 반송하도록 구성된다. 전방아암 구동 부재가 상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되어 제공되고 그리고 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 구비하며, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링된다. 이러한 방식에서, 상기 전방아암 링크 하우징이 상기 상부 아암 링키지의 독립적인 회전을 통해서 상기 붐 링키지에 대해서 운동역학적으로 구동될 수 있을 것이다. 부가적으로, 상기 상부 아암 링크 하우징과 상기 손목 부재의 독립적인 회전이 제공될 수 있을 것이다. 상기 붐 링키지에 대한 상기 상부 아암 링크 하우징의 독립적인 회전이 상기 붐 링키지 내에 장착된 모터에 의해서 제공될 수 있을 것이다. 상기 전방아암 링크 하우징에 대한 상기 손목 부재의 독립적인 회전이 상기 상부 아암 링크 하우징 내에 장착된 모터에 의해서 제공될 수 있을 것이다.
발명의 여러 가지 양태들의 예시적인 실시예들에 대한 추가적인 상세 내용들이 여기에서 도 1-6을 참조하여 설명된다.
도 1은 본원 발명에 따른 전자 디바이스 프로세싱 시스템(100)의 예시적인 실시예의 개략적인 평면도이다. 전자 디바이스 프로세싱 시스템(100)이, 예를 들어, 프로세스 챔버들 사이에서 기판들을 이송하도록 구성될 수 있을 것이다. 전자 디바이스 프로세싱 시스템(100)은 이송 챔버(102)를 포함하는 하우징(101)을 포함한다. 이송 챔버(102)는 상단 벽, 하단 벽 및 측벽을 포함하고 그리고, 예를 들어, 진공으로 유지될 수 있을 것이다. 로봇 장치(104)가 이송 챔버(102) 내에 수용되고 그리고 그 내부에서 동작가능하도록 구성된다. 로봇 장치(104)는 로봇 장치(104)의 엔드 이펙터(128) 상에 장착된 기판(105)(종종, "웨이퍼" 또는 "반도체 웨이퍼"로 지칭됨)을 목적지로 또는 목적지로부터 픽킹 또는 배치하도록 구성될 수 있을 것이다. 목적지가 이송 챔버(102)로 커플링된 챔버일 수 있을 것이다. 예를 들어, 목적지가 이송 챔버(102)에 커플링될 수 있는 하나 또는 둘 이상의 프로세스 챔버들(106) 및/또는 하나 또는 둘 이상의 로드 록 챔버들(108)일 수 있을 것이다.
프로세스 챔버들(106)은, 증착, 산화, 질화, 에칭, 폴리싱, 세정, 또는 리소그래피, 등과 같은 임의 수의 프로세스 단계들을 기판들(105) 상에서 실시하도록 구성될 수 있을 것이다. 로드 록 챔버들(108)은, 팩토리 인터페이스(factory interface)(109)의 로드 포트들에 도킹된(docked) 기판 캐리어들(111)(예를 들어, FOUPs; Front Opening Unified Pods)로부터 기판들(105)을 수용할 수 있는, 팩토리 인터페이스(109)와 인터페이스하도록 구성될 수 있을 것이다. 화살표들(112)로 도시한 바와 같이, 다른 로봇(미도시)을 이용하여 기판들(105)을 기판 캐리어들(111)과 로드 록들(108) 사이에서 이송할 수 있을 것이다. 이송들이 임의 시퀀스 또는 순서로 실행될 수 있을 것이다.
이제 도 2a-2i를 보다 구체적으로 참조하여, 로봇 장치(104)를 보다 구체적으로 설명한다. 로봇 장치(104)가 이송 챔버(102)의 벽에 부착되도록 구성된 베이스(107), 붐 링키지(113)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 붐 링키지(113)는, 도시된 실시예에서, 실질적으로 강성인 캔틸레버(cantilever) 비임이다. 붐 링키지(113)가 시계방향 또는 반시계방향 회전 방향으로 제 1 회전 축(114)을 중심으로 회전되도록 구성될 수 있을 것이다. 제 1 회전 축(114)을 중심으로 하는 회전이, 통상적인 가변형 자기저항(reluctance) 또는 영구 자석 전기 모터와 같이, 모터 하우징(116) 내에 수용될 수 있는 제 1 모터(115)와 같은, 임의의 적합한 원동 부재에 의해서 제공될 수 있을 것이다. 붐 링키지(113)의 회전이, 제어기(117)부터 제 1 모터(115)로의 적절한 명령들에 의해서 제어될 수 있을 것이다.
제 1 회전 축(114)으로부터 이격된 위치에서, 붐 링키지(113)의 아웃보드(outboard) 단부에 상부 아암 링크 하우징(118)이 장착된다. 동작 중에, 붐 링키지(113)가 기판(105)을 픽킹 또는 배치하기 위한 희망 목적지 근처에 일단 배치되면, 상부 아암 링크 하우징(118)이, 전방아암 링크 하우징(122) 및 손목 부재(126)와 함께, 적절하게 작동되어, 블레이드(128) 상의 기판(105)을 목적지(예를 들어, 프로세스 챔버(106) 또는 로드 록 챔버(108))로 또는 목적지로부터 픽킹 또는 배치할 수 있을 것이다.
다시 도 2a-2i를 참조하면, 도 1의 기판 프로세싱 시스템(100) 내에서 이용되도록 구성될 수 있는 로봇 장치(104)의 제 1 실시예가 설명된다. 전술한 바와 같이, 로봇 장치(104)가 베이스(107), 상기 베이스(107)에 대해서 회전될 수 있는 붐 링키지(113), 상기 제 1 회전 축(114)으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지(113)에 커플링되는 상부 아암 링크 하우징(118)을 포함할 수 있을 것이다. 상부 아암 링크 하우징(118)이 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축(119)을 중심으로 상기 붐 링키지(113)에 대해서 X-Y 평면 내에서 회전되도록 구성될 수 있을 것이다.
제 2 회전 축(119)으로부터 이격된 제 2 위치에서 전방아암 링크 하우징(122)이 상부 아암 링크 하우징(118)에 커플링된다. 전방아암 링크 하우징(122)이 제 2 위치에서 제 3 회전 축(123)을 중심으로 상기 상부 아암 링크 하우징(118)에 대한 X-Y 평면 내에서의 회전을 위해 구성된다. 일부 실시예들에서, 상부 아암 링크 하우징(118)의 길이가 전방아암 링크 하우징(122)에 대한 길이와 동일할 수 있을 것이다. 다른 길이들이 이용될 수 있을 것이다.
제 3 회전 축(123)으로부터 이격된 위치에서 전방아암 링크 하우징(122)의 아웃보드 단부에 손목 부재(126)가 위치된다. 손목 부재(126)가 제 4 회전 축(127)을 중심으로 상기 전방아암 링크 하우징(122)에 대한 X-Y 평면 내에서의 회전을 위해 구성된다. 또한, 손목 부재(126)가 엔드 이펙터(128)("블레이드"라고 달리 지칭됨)에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터(128)는 픽킹 및 배치 동작들 중에 기판(105)(도 1)을 반송 및 운송하도록 구성된다. 엔드 이펙터(128)는 임의의 적합한 구성으로 될 수 있을 것이다. 엔드 이펙터(128)는 수동적(passive)일 수 있고 또는 기계적인 클램프 또는 정전기적 능력과 같이 기판을 홀딩하기 위한 어떤 능동적 수단을 포함할 수 있을 것이다. 엔드 이펙터는 기계적 체결, 부착, 클램핑 등과 같은 임의의 적합한 수단에 의해서 손목 부재에 커플링될 수 있을 것이다. 선택적으로, 손목 부재 및 엔드 이펙터는 하나의 일체형 피스로서 형성됨으로써 서로에 대해서 커플링될 수 있을 것이다.
도시된 도 1의 실시예에서, 로봇 장치(104)가 이송 챔버(102) 내에 위치되고 수용되어 도시되어 있다. 그러나, 여기에서 설명된 다른 로봇 장치뿐만 아니라 로봇 장치(104)의 이러한 실시예가, 팩토리 인터페이스(109) 내와 같이, 전자 디바이스 제조의 다른 분야들에서 유리하게 이용될 수 있을 것이고, 그러한 팩토리 인터페이스(109)에서 로봇 장치가 기판들(105) 또는 기판 캐리어들(111)을, 예를 들어, 프로세싱 시스템의 로드 포트들과 로드 록 챔버들(108) 사이에서 운송할 수 있을 것임이 인식되어야 한다. 여기에서 설명되는 로봇 장치(예를 들어, 장치(100))가 또한 다른 운송 이용들을 가능하게 할 수 있다.
도 2b-2h는 본원 발명의 로봇 장치(104)의 여러가지 위치적 능력들을 도시한다. 각각에서, 이하의 도 2i의 설명들에 이어서 자명해질 것처럼, 붐 링키지(113)가 베이스에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 유사하게, 손목 부재(126)(및 커플링된 엔드 이펙터(128))가 전방아암 링크 하우징(122)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 유사하게, 상부 아암 링크 하우징(118)이 붐 링키지(113)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 자명해지는 바와 같이, 전방아암 링크 하우징(122)이 상부 아암 링크 하우징(118)의 이동에 의해서 운동역학적으로 구동된다.
도 2i는 용이한 설명을 위해서 완전히 연장된 조건에서 도시된 로봇 장치(104)의 가로로 절개된 측면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 로봇 장치(104)가 베이스(107)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 베이스(107)는, 예를 들어, 챔버(예를 들어, 이송 챔버(102))의 벽 또는 다른 프레임 부재에 부착되도록 구성된 플랜지 또는 다른 부착 특징부들을 포함할 수 있을 것이다. 베이스(107)가, 제 1 모터(115)를 수용하는 모터 하우징(116)에 커플링되거나, 상기 모터 하우징과 일체가 될 수 있을 것이다. 제 1 모터(115)는, 붐 링키지(113)를 제 1 회전 축(114)을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 붐 링키지(113)는, 방사상 방향으로 제 1 회전 축(114)으로부터 외측으로 연장할 수 있는 강성 캔틸레버 비임일 수 있을 것이다. 붐 링키지(113)는 이하에서 보다 전체적으로 설명되는 제 2 모터(132)를 수용하도록 구성된 공동(113A)을 포함할 수 있을 것이다. 붐 링키지(113)는 또한, 모터 하우징(116) 내로 연장하고 그리고 상부에 장착된 제 1 모터(115)의 회전자를 포함하는 파일롯(pilot) 샤프트(113B)를 포함할 수 있을 것이다.
로봇 장치(104)가 수직 모터(134), 및 엔드 이펙터(128)의 수직 이동(Z 축을 따름)을 유발하도록 구성된 수직 구동 메커니즘(136)을 더 포함할 수 있을 것이다. 수직 구동 메커니즘(136)은, 수직 모터(134)에 의해서 회전될 때 제 1 모터(115)가 제 1 회전 축(114)을 따라서 수직으로 병진운동하도록 유발하는, 워엄(worm) 구동부, 리드 스크류, 또는 랙 및 피니언 메커니즘을 포함할 수 있을 것이다. 벨로우즈(138) 또는 다른 적합한 진공 배리어가 수직 이동을 수용하기 위해서 이용될 수 있을 것이고 그리고 또한 대기압에 있을 수 있는 모터 하우징(116)의 내부(116A)와 진공 챔버 사이의 진공 배리어로서 작용할 수 있을 것이다. 선형 베어링들 또는 다른 선형 이동 구속(restraining) 수단과 같은, 하나 또는 둘 이상의 병진이동-수용 디바이스들(139)을 이용하여 제 1 모터(115)의 이동을 단지 제 1 회전 축(114)을 따른 수직 이동으로 구속할 수 있을 것이다.
로봇 장치(104)가 제 1 회전 축(114)으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 붐 링키지(113)에 회전식으로 커플링되고 그리고 제 2 회전 축(119)을 중심으로 회전될 수 있는 상부 아암 링크 하우징(118)을 포함할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 상부 아암 링크 하우징(118)은 공동(118A) 및 파일롯 샤프트(118B)를 포함한다. 파일롯 샤프트(118B)는 하나 또는 둘 이상의 적합한 베어링들에 의해서 붐 링키지(113) 내에 회전식으로 장착된다. 상부 아암 링크 하우징(118)의 파일롯 샤프트(118B)가 또한 붐 링키지(113)에 장착된 제 2 모터(132)에 커플링된다. 제 2 모터(132)에 대한 커플링이 상부 아암 구동 조립체(140)에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 상부 아암 구동 조립체(140)는 파일롯 샤프트(118B)를 구동하기 위한 임의의 적합한 구조를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 상부 아암 구동 조립체(140)는 구동 부재(142), 상기 파일롯 샤프트(118B)에 커플링된 피동 부재(144), 및 상기 구동 부재(142)와 상기 피동 부재(144) 사이에 연결된 상부 아암 구동 요소(146)를 포함할 수 있을 것이다. 구동 부재(142)는 제 2 모터(132)의 회전자에 커플링된 풀리일 수 있고, 그리고 피동 부재(144)는 파일롯 샤프트(118B) 상의 풀리일 수 있을 것이다. 상부 아암 구동 요소(146)는 2개의 통상적인 금속 스트랩들과 같은 하나 또는 둘 이상의 벨트들 또는 스트랩들일 수 있고, 각각의 벨트는 그 단부에서 풀리들에 강성으로 커플링된다. 도시된 실시예에서, 붐 링키지(113)의 공동(113A) 내에 수용되는 제 2 모터(132)가 진공에 노출될 수 있을 것이다.
또한, 로봇 장치(104)가, 붐 링키지의 하부 단부에서와 같이, 붐 링키지(113)에 강성으로 커플링된 전방아암 구동 부재(148)를 포함한다. 전방아암 구동 부재(148)는 붐 링키지(113)에 고정적으로 수용된 또는 부착된 샤프트, 및 상기 샤프트의 상부 단부의 풀리를 포함할 수 있을 것이다. 전방아암 구동 부재(148)가 상부 아암 링크 하우징(118)의 공동(118A)을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소(150)에 커플링될 수 있을 것이다. 전방아암 구동 요소(150)가 전방아암 링크 하우징(122)의 전방아암 피동 부재(152)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 전방아암 구동 부재(148) 및 전방아암 피동 부재(152)의 직경 비율이 2:1일 수 있을 것이다. 다른 비율들이 이용될 수 있을 것이다. 전방아암 피동 부재(152)가 전방아암 링크 하우징(122)의 본체로부터 하향 연장하는 파일롯 샤프트일 수 있을 것이다. 파일롯 샤프트가 하나 또는 둘 이상의 적합한 베어링들에 의해서 상부 아암 링크 하우징(118) 내에서의 회전을 위해 장착될 수 있을 것이다.
손목 구동 조립체(154)가 포함될 수 있고 그리고 손목 부재(126)가 전방아암 링크 하우징(122)에 대해서 제 4 회전 축(127)을 중심으로 독립적으로 회전되게 허용하도록 구성될 수 있을 것이다. 손목 구동 조립체(154)가 상부 아암 링크 하우징(118) 내에 장착된 제 3 모터(156), 손목 구동 부재(157), 상기 상부 아암 링크 하우징(118) 내의 베어링들에 의해서 회전식으로 장착된 이송 샤프트(158), 손목 피동 부재(160), 그리고 제 1 및 제 2 구동 요소들(161, 162)을 포함할 수 있을 것이다. 이송 샤프트(158)가, 제 1 손목 구동 요소(161) 및 제 2 손목 구동 요소(162) 각각에 의해서, 그 하부 단부에서 손목 구동 부재(157)에 그리고 그 상부 단부에서 손목 피동 부재(160)에 커플링된다. 이송 샤프트가 그 상부 단부 및 하부 단부에서 적합한 풀리들을 포함할 수 있을 것이다. 손목 구동 요소들(161, 162)이 2개의 통상적인 금속 스트랩들과 같은 하나 또는 둘 이상의 벨트들 또는 스트랩들일 수 있고, 각각의 벨트가 그 단부에서 상기 연결된 풀리들에 강성으로 커플링된다. 도시된 실시예에서, 제 2 모터(132)와 유사하게, 제 3 모터(156)가 공동(118A) 내에 수용되고 그리고 진공에 노출될 수 있을 것이다. 개별적인 제 2 및 제 3 모터들(132, 156)의 각각이, 예를 들어, 가변적인 자기저항 또는 영구 자석 전기 모터들일 수 있을 것이다. 그 모터들은 위치 정보의 정밀한 피드백을 제어기(117)로 제공하기 위한 피드백 센서들을 각각 포함할 수 있을 것이다. 전도체들이 여러 공동들(118A, 113A)을 통과할 수 있을 것이고 그리고 커넥터 조립체(164)로 연결될 수 있을 것이다. 커넥터 조립체(164)가, 당업자에게 공지된 바와 같이, 복수의 브러시 연결부들을 가지는, 슬립 링 조립체와 같은 임의의 적합한 커넥터일 수 있을 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 자성-유체(ferro-fluid) 밀봉과 같은 임의의 적합한 진공 밀봉 디바이스(166)가 커넥터 조립체(164)에 근접할 수 있을 것이다. 진공 밀봉은 대기 조건들이 모터 하우징(116A) 내에 존재할 수 있도록 허용하고 그리고 진공 조건들이 공동(113A) 내에 그리고 파일롯 샤프트(113B)의 내부에 존재할 수 있도록 허용한다.
동작 중에, 제어기(117)로부터 제 3 모터(156)로의 제어 신호들이 모터의 고정자에 대한 회전자의 회전을 유발한다. 이는, 손목 구동 부재(157)의 회전을 유발하고 그리고 이송 샤프트(158) 및 손목 피동 부재(160)의 결과적인 회전을 유발하고, 그에 따라 손목 부재(126) 및 커플링된 엔드 이펙터(128)의 상기 전방아암 링크 하우징(122)에 대한 독립적인 회전을 유발한다. 유사하게, 제어기(117)로부터 제 2 모터(132)로의 제어 신호들이 상기 모터의 고정자에 대한 회전자의 회전을 유발한다. 이는, 상부 아암 구동 부재(142)의 회전을 유발하고 그리고 상부 아암 피동 부재(144)의 결과적인 회전을 유발하고, 그에 따라 상부 아암 링크 하우징(118)의 붐 링키지(113)에 대한 회전을 유발한다. 따라서, X-Y 평면 내의 제 2 회전 축(119) 및 제 4 회전 축(127)을 중심으로 하는 상부 아암 링크 하우징(118) 및 손목 부재(126)의 회전이 독립적으로 달성될 수 있다는 것이 명백하여야 할 것이다. 따라서, 유리하게, 엔드 이펙터(128)의 이송 경로들의 무한한 수가 로봇 장치(104)에 의해서 성취될 수 있을 것이다. 부가적으로, 상기 상부 아암 링크 하우징(118)에 커플링된, 상기 붐 링키지(113) 내의 단일 모터, 즉 제 2 모터(132)를 가짐으로써, 직선 궤적(trajectory) 내의 전방아암 링크 하우징(122)의 손목 부재(126)의 연장이 제공될 수 있을 것임이 또한 주목될 수 있을 것이다. 이러한 궤적은 상부 아암 링크 하우징(118) 및 전방아암 링크 하우징(122) 내부에 위치된 특정 풀리 비율로, 그리고 상부 아암 링크 하우징(118)과 전방아암 링크 하우징(122) 사이의 1:1 길이 비율로 달성될 수 있을 것이다. 다른 비율들이 이용될 수 있을 것이다.
도 3은 전자 디바이스 프로세싱 시스템(100) 내에서 이용하도록 구성될 수 있는 로봇 장치(304)의 대안적인 실시예를 도시한다. 이러한 실시예에서, 로봇 장치(304)는, 베이스(307), X-Y 평면 내에서 제 1 회전 축(314)을 중심으로 하는 회전을 위해서 구성된 붐 링키지(313), X-Y 평면 내에서 제 2 회전 축(319)을 중심으로 하는 회전을 위해서 구성된 상부 아암 링크 하우징(318), X-Y 평면 내에서 제 3 회전 축(323)을 중심으로 하는 회전을 위해서 구성된 전방아암 링크 하우징(322), 및 제 4 회전 축(327)을 중심으로 하는 X-Y 평면 내에서의 회전을 위해서 구성된 손목 부재(326)와 같은, 이전 실시예에서와 동일한 컴포넌트들 모두를 포함할 수 있을 것이다. 엔드 이펙터(328)는 손목 부재(326)에 커플링될 수 있고 그리고 기판(미도시)을 홀딩하도록 구성될 수 있을 것이다. 엔드 이펙터(328)가 분리된 부재로서 손목 부재들(326)에 부착될 수 있거나, 손목 부재(326)와 일체형 유닛으로서 형성될 수 있을 것이다. 유사하게, 로봇 장치(304)가 또한 붐 링키지(313)를 회전시키도록 구성된 제 1 모터(315), 상부 아암 링크 하우징(318)을 독립적으로 회전시키도록 구성된 제 2 모터(332), 및 전방아암 링크 하우징(322)에 대한 손목 부재(326)의 독립적인 회전을 제공하도록 구성되는 제 3 모터(356)를 포함할 수 있을 것이다. 이전 실시예에 대해 비교해 볼때, 제 2 및 제 3 모터들(332, 356) 모두가 붐 링키지(313) 상에 장착된다. 그에 따라, 이러한 실시예에서, 3개의 모터들(315, 332, 및 356)의 각각이 대기 중에 장착될 수 있을 것이다. 특히, 붐 링키지(313)가 3개의 챔버들(313A, 313B, 및 313C)을 포함할 수 있을 것이다. 챔버들(313A 및 313C)이 진공으로 제공될 수 있는 반면, 챔버(313B)는 대기압에서 제공될 수 있을 것이다.
동작 중에, 상부 아암 링크 하우징(318)이 제 2 모터(332)에 의해서 붐 링키지(313)에 대해서 독립적으로 구동될 수 있을 것이다. 제 2 모터(332)가 붐 링키지(313)에 고정적으로 장착된 고정자 및 상부 아암 구동 부재(342)에 장착된 회전자를 포함한다. 동작 중에, 제 2 모터(332)에 의한 상부 아암 구동 부재(342)의 회전에 의해서 상기 상부 아암 링크 하우징(318)에 커플링된 상부 아암 피동 부재(344)가 X-Y 평면 내에서 제 2 축(319)을 중심으로 회전하게 된다. 벨트, 구동 샤프트, 등과 같은 임의의 적합한 구동 커넥터일 수 있는 구동 요소(346)가 상부 아암 구동 부재(342)와 상부 아암 피동 부재(344) 사이에 연결될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 구동 요소(346)가 상부 아암 구동 부재(342) 및 상부 아암 피동 부재(344)에 각각 연결된(예를 들어, 피닝된(pinned)) 금속 스트랩들로 이루어진다. 이러한 실시예에서, 손목 부재(326), 및 그에 따라, 엔드 이펙터(328)가 제 4 축(327)을 중심으로 전방아암 링크 하우징(322)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 손목 부재(326)가 손목 구동 조립체(354)에 의해서 구동되고, 상기 손목 구동 조립체는 손목 구동 부재(357), 손목 피동 부재(360), 제 1 및 제 2 이송 샤프트들(358, 359), 그리고 손목 구동 요소들(361, 362, 363)로 이루어진다. 이러한 배열은, 붐 링키지(313)에 대한 상부 아암 링크 하우징(318)의 독립적인 회전을 허용하고 그리고 또한 전방아암 링크 하우징(322)에 대한 손목 부재(326)의 독립적인 회전을 허용하면서도, 또한 제 1 모터(332) 및 제 2 모터(356)가 대기 중에 위치될 수 있게 허용한다. 이는, 로봇 장치(304)가 내부에 수용되는 진공 챔버 내에서의 입자 발생을 유리하게 제한한다. 적절한 밀봉들(예를 들어, 자성-유체 밀봉들)이 제 1 및 제 2 모터들(315, 332)의 샤프트들과 그들의 각각의 모터 하우징들 사이에 제공되어, 대기 조건과 진공 조건 사이의 압력 인터페이스를 밀봉할 수 있을 것이다.
이전의 실시예에서와 같이, 전방아암 구동 부재(348)가 고정된 관계(즉, 강성적으로 커플링된 관계)로 붐 링키지(313)에 대해서 제공된다. 전방아암 구동 부재(348)는, 예를 들어, 하부 단부에서 붐 링키지(313)의 하단 부분에 고정된 샤프트를 포함할 수 있을 것이다. 전방아암 구동 부재(348)가 그 상부 단부에 풀리를 포함할 수 있을 것이다. 전방아암 구동 부재(348)가 상부 아암 링크 하우징(318)의 공동(318A)을 통해서 연장하는 전방 아암 구동 요소(350)에 커플링될 수 있을 것이다. 전방아암 구동 요소(350)가 전방아암 링크 하우징(322)의 전방아암 피동 부재(352)에 커플링될 수 있을 것이다. 전방 아암 피동 부재(352)가 전방아암 링크 하우징(322)의 본체로부터 하향 연장하는 파일롯 샤프트일 수 있을 것이다. 파일롯 샤프트가, 볼 베어링들과 같은, 하나 또는 둘 이상의 적합한 베어링들에 의해서 상부 아암 링크 하우징(318) 내에서의 회전을 위해 장착될 수 있을 것이다. 다른 적합한 베어링들 및/또는 베어링 조립체들이 각각의 회전 축에 제공될 수 있을 것이다.
도시된 실시예에서, 상부 아암 링크 하우징(318) 및 전방아암 링크 하우징(322)의 이동이 운동역학적으로 링크된다는 것이 명백하여야 할 것이다. 상부 아암 링크 하우징(318)이 제어기(317)에 의한 제 1 모터(315)로의 적절한 제어 신호에 의해서 회전될 때, 전방아암 링크 하우징(322)이 전방아암 구동 부재(348)와 전방아암 피동 부재(352)의 직경들에 의해서 결정되는 결과적인 기어 비율들에 의해서 지정되는(dictated) 양으로 회전한다. 도시된 실시예에서, 전방아암 구동 부재(348) 대 전방아암 피동 부재(352)의 각도 회전들의 비율이 약 1:1이 될 수 있을 것이다. 다른 비율들이 이용될 수 있을 것이다.
도 4a-4b는 전자 디바이스 프로세싱 시스템(100) 내에서 사용되도록 구성될 수 있는 로봇 장치(404)의 다른 실시예를 도시한다. 이러한 로봇 장치(404)는 이중 엔드 이펙터들(예를 들어, 블레이드들)을 포함하고, 상기 이중 엔드 이펙터는 하나가 다른 하나의 상단에 배치될 수 있을 것이다. 이러한 구성은, 로봇 장치를 챔버 근처에 국소적으로(locally) 배향되게 유지하면서, 특별한 프로세스 챔버에서 2개의 기판들을 교환할 수 있게 허용한다. 따라서, 처리량이 증대될 수 있을 것이다.
이러한 실시예에서, 로봇 장치(404)가, 예를 들어 이송 챔버의 벽과 같은, 챔버의 벽에 부착되도록 구성되는 베이스(407), 및 붐 링키지(413)를 포함할 수 있을 것이다. 붐 링키지(413)가 베이스(407)에 대해서 제 1 회전 축(414)을 중심으로 하는 회전을 위해 구성될 수 있을 것이다. 로봇 장치(404)가 또한 상기 붐 링키지(413)에 대해서 X-Y 평면 내에서 제 2 회전 축(419)을 중심으로 하는 독립적인 회전을 위해 구성된 상부 아암 링크 하우징(418), 및 X-Y 평면 내에서 제 3 회전 축(423)을 중심으로 하는 회전을 위해서 구성된 전방아암 링크 하우징(422)을 포함할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 다수의 손목 부재들(426A, 426B)이 서로 상하로(one over top of the other) 제공되고, 상기 손목 부재들의 각각이 제 4 회전 축(427)을 중심으로 하는 X-Y 평면 내에서의 독립적인 회전을 위해 구성된다. 엔드 이펙터들(428A, 428B)이 손목 부재들(426A, 426B)에 커플링될 수 있고 그리고 기판(미도시)을 홀딩하도록 구성될 수 있을 것이다. 엔드 이펙터들(428A, 428B)이 분리된 부재로서 손목 부재들(426A, 426B)에 부착될 수 있거나, 손목 부재들(426A, 426B)과 일체형 유닛으로서 형성될 수 있을 것이다.
도 4b에 가장 잘 도시된 바와 같이, 로봇 장치(404)가 제 1 모터(415)의 작동에 의해서 베이스(407)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있는 붐 링키지(413)를 포함한다. 유사하게, 손목 부재들(426A, 426B)(및 커플링된 엔드 이펙터들(428A, 428B))이 전방아암 링크 하우징(422)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 유사하게, 상부 아암 링크 하우징(418)이 붐 링키지(413)에 대해서 독립적으로 회전될 수 있을 것이다. 이전 실시예에서와 같이, 전방아암 링크 하우징(422)이 상부 아암 링크 하우징(418)의 이동에 의해서 운동역학적으로 구동된다.
도 4b는 용이한 설명을 위해서 완전히 신장된 상태로 도시된 로봇 장치(404)의 가로로 절개된 측면도를 도시한다. 이러한 실시예에서, 로봇 장치(404)는 베이스(407)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 베이스(407)는, 제 1 모터(415)를 수용하는 모터 하우징(416)에 커플링되거나, 상기 모터 하우징과 일체가 될 수 있을 것이다. 제 1 모터(415)는, 붐 링키지(413)를 제 1 회전 축(414)을 중심으로 회전시키도록 구성된다. 붐 링키지(413)는, 방사상 방향으로 제 1 회전 축(414)으로부터 외측으로 연장할 수 있는 강성 캔틸레버 비임일 수 있을 것이다. 붐 링키지(413)는 이하에서 보다 전체적으로 설명될 제 2 모터(432)를 수용하도록 구성된 공동(413A)을 포함할 수 있을 것이다. 붐 링키지(413)는 또한, 파일롯 샤프트(413B)를 포함할 수 있을 것이며, 파일롯 샤프트(413B)는 모터 하우징(416) 내로 연장하고 그리고 파일롯 샤프트에 장착된 제 1 모터(415)의 회전자를 포함한다.
로봇 장치(404)가 수직 모터(434), 및 엔드 이펙터들(428A, 428B)의 (Z 축에서의) 수직 이동을 유발하도록 구성된 수직 구동 메커니즘(436)을 더 포함할 수 있을 것이다. 수직 구동 메커니즘(436)은, 수직 모터(434)에 의해서 회전될 때 제 1 모터(415)가 제 1 회전 축(414)을 따라서 수직으로 병진운동하도록 유발하는, 워엄 구동부, 또는 리드 스크류를 포함할 수 있을 것이다. 벨로우즈(438) 또는 다른 적합한 진공 배리어가 수직 이동을 수용하기 위해서 이용될 수 있을 것이고 그리고 또한 진공 챔버와 대기압에 있을 수 있는 모터 하우징(416)의 내부(416A) 사이의 진공 배리어로서 작용할 수 있을 것이며, 상기 진공 챔버 내에는 붐 링키지(413), 상부 아암 링크 하우징, 전방아암 링크 하우징(422), 및 손목 부재(426A, 426B)가 위치된다. 선형 베어링들 또는 다른 선형 이동 수용 수단과 같은, 하나 또는 둘 이상의 병진이동-수용 디바이스들(439)을 이용하여 제 1 모터(415)의 고정자의 방사상 및 회전 이동을 구속할 수 있을 것이며, 그에 따라 상기 고정자의 이동이 단지 제 1 회전 축(414)을 따른 수직 이동으로 구속할 수 있을 것이다.
로봇 장치(404)가 제 1 회전 축(414)으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 붐 링키지(413)에 회전식으로 커플링되고 그리고 제 2 회전 축(419)을 중심으로 회전될 수 있는 상부 아암 링크 하우징(418)을 포함할 수 있을 것이다. 이러한 실시예에서, 상부 아암 링크 하우징(418)은 공동(418A) 및 파일롯 샤프트(418B)를 포함한다. 파일롯 샤프트(418B)는, 볼 베어링들과 같은, 하나 또는 둘 이상의 적합한 베어링들에 의해서 붐 링키지(413) 내에 회전식으로 장착된다. 상부 아암 링크 하우징(418)의 파일롯 샤프트(418B)가 또한 붐 링키지(413)에 장착된 제 2 모터(432)에 커플링된다. 제 2 모터(432)에 대한 커플링이 상부 아암 구동 조립체(440)에 의해서 이루어질 수 있을 것이다. 상부 아암 구동 조립체(440)가 파일롯 샤프트(418B)를 구동하기 위한 임의의 적합한 구조를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 도시된 실시예에서, 상부 아암 구동 조립체(440)는 구동 부재(442), 상기 파일롯 샤프트(418B)에 커플링된 피동 부재(444), 및 상기 구동 부재(442)와 상기 피동 부재(444) 사이에 연결된 상부 아암 구동 요소(446)를 포함할 수 있을 것이다. 구동 부재(442)는 제 2 모터(432)의 회전자에 커플링된 풀리일 수 있고, 그리고 피동 부재(444)는 파일롯 샤프트(418B) 상의 풀리일 수 있을 것이다. 상부 아암 구동 요소(446)는 2개의 통상적인 금속 스트랩들과 같은 하나 또는 둘 이상의 벨트들 또는 스트랩들일 수 있고, 각각의 벨트는 그 단부에서 풀리들에 강성으로 커플링된다. 도시된 실시예에서, 붐 링키지(413)의 공동(413A) 내에 수용되는 제 2 모터(432)가 진공에 노출될 수 있을 것이다.
또한, 로봇 장치(404)는, 붐 링키지(413)의 하부 단부에서와 같이, 붐 링키지(413)에 강성으로 커플링된 전방아암 구동 부재(448)를 포함한다. 전방아암 구동 부재(448)는, 붐 링키지의 포켓 내에서와 같이, 붐 링키지(413)에 고정적으로 수용된 또는 부착된 샤프트(449)를 포함할 수 있을 것이다. 전방아암 구동 부재(448)는 그 상부 단부에서 풀리를 포함할 수 있을 것이다. 전방아암 구동 부재(448)는 상부 아암 링크 하우징(418)의 공동(418A)을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소(450)에 커플링될 수 있을 것이다. 전방아암 구동 요소(450)는 전방아암 링크 하우징(422)의 전방아암 피동 부재(452)에 커플링될 수 있을 것이다. 전방아암 피동 부재(452)는 전방아암 링크 하우징(422)의 본체로부터 하향 연장하는 파일롯 샤프트일 수 있을 것이다. 파일롯 샤프트는 하나 또는 둘 이상의 적합한 베어링들 또는 유사한 것에 의해서 상부 아암 링크 하우징(418) 내에서의 회전을 위해 장착될 수 있을 것이다.
손목 구동 조립체(454)가 포함될 수 있고 그리고 손목 부재들(426A, 426B) 각각이 전방아암 링크 하우징(422)에 대해서 제 4 회전 축(427)을 중심으로 독립적으로 회전되게 허용하도록 구성될 수 있을 것이다. 손목 구동 조립체(454)는 상부 아암 링크 하우징(418) 내에 장착된 제 3 및 제 4 모터들(456A, 456B), 손목 구동 부재들(457A, 457B), 상기 상부 아암 링크 하우징(418)에 대해서 베어링들에 의해서 회전식으로 장착된 이송 샤프트들(458A, 458B), 손목 피동 부재들(460A, 460B), 그리고 제 1 구동 요소들(461A, 461B) 및 제 2 구동 요소들(462A, 462B)을 포함할 수 있을 것이다. 이송 샤프트들(458A, 458B)은, 각각, 제 1 손목 구동 요소(461A, 461B) 및 제 2 손목 구동 요소들(462A, 462B)에 의해서, 그 하부 단부들에서 손목 구동 부재들(457A, 457B)에 그리고 그 상부 단부들에서 손목 피동 부재들(460A, 460B)에 커플링된다. 이송 샤프트들(458A, 458B)은 그 상부 단부 및 하부 단부에서 적합한 풀리들을 포함할 수 있을 것이다. 손목 구동 요소들(461A, 461B, 462A, 462B)이 2개의 통상적인 금속 스트랩들과 같은 하나 또는 둘 이상의 벨트들 또는 스트랩들일 수 있고, 각각의 벨트가 그 단부에서 상기 연결된 풀리들에 강성으로 커플링된다. 도시된 실시예에서, 제 3 및 제 4 모터들(456A, 456B)이 공동(418A) 내에 수용되고 그리고 진공에 노출될 수 있을 것이다. 개별적인 모터들(432A, 456A 및 456B)의 각각이, 예를 들어, 가변적인 자기저항 또는 영구 자석 전기 모터들일 수 있을 것이다. 다른 타입들의 모터들이 이용될 수 있을 것이다. 그 모터들은 위치 정보의 정밀한 피드백을 제어기(417)로 제공하기 위한 피드백 센서를 각각 포함할 수 있을 것이다. 전도체들이 여러 공동들(418A, 413A)을 통과할 수 있을 것이고 그리고 커넥터 조립체(464)로 연결될 수 있을 것이다. 커넥터 조립체(464)가, 당업자에게 공지된 바와 같이, 복수의 브러시 연결부들을 가지는, 슬립 링 조립체와 같은 임의의 적합한 커넥터일 수 있을 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 자성-유체 밀봉과 같은 임의의 적합한 진공 밀봉 디바이스(466)가 커넥터 조립체(464)에 근접할 수 있을 것이다. 진공 밀봉은 대기 조건들이 모터 하우징(416A) 내에 존재할 수 있도록 허용하고 그리고 진공 조건들이 공동(413A) 내에 그리고 파일롯 샤프트(413B)의 내부에 존재할 수 있도록 허용한다.
동작 중에, 제어기(417)로부터 제 3 및 제 4 모터들(456A, 456B)로의 제어 신호들이 모터들의 고정자들에 대한 회전자들의 각각의 회전을 유발한다. 이는, 손목 구동 부재들(457A, 457B)의 회전을 유발하고 그리고 이송 샤프트들(458A, 458B) 및 손목 피동 부재(460A, 460B)의 결과적인 회전을 유발하고, 그에 따라 손목 부재들(426A, 426B) 및 상기 커플링된 엔드 이펙터(428A, 428B)의 상기 전방아암 링크 하우징(422)에 대한 독립적인 회전을 유발한다. 이러한 방식으로, 단일 손목 버전에서와 같이 제 2 위치로 로봇을 이동시킬 필요가 없이, 기판들이 프로세스 챔버에서 교환될 수 있을 것이다.
또한, 제 2 모터(432)의 고정자에 대한 회전자의 회전을 유발하도록, 제어기(417)가 제 2 모터(432)로 제어 신호들을 제공할 수 있을 것이다. 이는, 상부 아암 구동 부재(442)의 회전을 유발하고 그리고 상부 아암 피동 부재(444)의 결과적인 회전을 유발하고, 그에 따라 상부 아암 링크 하우징(418)의 붐 링키지(413)에 대한 회전을 유발한다. 따라서, X-Y 평면에서 제 2 회전 축(419) 및 제 4 회전 축(427)을 중심으로 하는 상부 아암 링크 하우징(418) 및 손목 부재들(426A, 426B)의 회전이 독립적으로 달성될 수 있다는 것이 자명하여야 할 것이다. 따라서, 유리하게, X-Y 평면 내에서, 엔드 이펙터(428A, 428B)의 이송 경로들의 무한한 수가 로봇 장치(404)에 의해서 성취될 수 있을 것이다. 이중-블레이드형 로봇 장치(404)의 여러 구성들이 도 4c-4i에 도시되어 있다. 확인할 수 있는 바와 같이, 붐 링키지(413)가 임의의 희망 배향으로 회전될 수 있고, 이어서 상부 아암 링크 하우징(418)의 독립적인 회전이 손목 부재들(426A, 426B)의 독립적인 회전과 함께 달성되어 프로세스 챔버에서의 기판의 교환을 가져올 수 있을 것이다. 상부 아암 붐 링키지(418)와 전방아암 링크 하우징(422) 사이의 운동역학적인 커플링이 전체적인 구조를 단순화하고 그리고 필요한 모터들의 수를 최소화한다.
도 5는 독립적으로 제어가능한 손목 부재들(526A, 526B)을 포함하는 로봇 장치(504)의 또 다른 실시예를 도시한다. 이러한 실시예는, 대부분의 양태들에서, 도 3의 실시예와 동일하다. 로봇 장치(504)는 챔버 내에 수용될 수 있고 그리고 기판(미도시)을 운송하도록 구성될 수 있을 것이다. 로봇 장치는, 제 1 회전 축(517)을 중심으로 회전하도록 구성된 붐 링키지(513), 상기 제 1 회전 축(517)으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지(513)에 커플링된 상부 아암 링크 하우징(518)으로서, 상기 상부 아암 링크 하우징이 상기 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축(519)을 중심으로 회전하도록 구성되는, 상부 아암 링크 하우징(518), 상기 제 2 회전 축(519)으로부터 이격된 제 2 위치에서 상기 상부 아암 링크 하우징(518)에 커플링되고, 그리고 상기 제 2 위치에서 제 3 회전 축(523)을 중심으로 하는 상기 상부 아암 링크 하우징(518)에 대한 회전을 위해 구성된 전방아암 링크 하우징(522), 및 상기 전방아암 링크 하우징(522)에 커플링되고 그리고 제 4 회전 축(527)을 중심으로 하는 상기 전방아암 링크 하우징(522)에 대한 회전을 위해 구성된 다수의 손목 부재들(526A, 526B)을 포함한다. 상기 손목 부재들이 엔드 이펙터들(528A, 528B)에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터들은 기판들(미도시)을 반송하도록 구성된다. 도 3의 실시예에서와 같이, 전방아암 구동 부재(548)가 붐 링키지(513)에 강성으로 커플링되고, 전방아암 구동 요소(550)가 상부 아암 링크 하우징(518)을 통해서 연장하고, 그리고 전방 아암 구동 요소(550)가 전방아암 링크 하우징(522)의 피동 부재(552)에 커플링된다.
도 5의 실시예와 도 3의 실시예 사이의 주요 차이는, 도 5의 실시예에서 붐 링키지(513) 내에 장착되고 수용되는 2개의 모터들(532A, 532B)이 존재하는 것이다. 도 3의 실시예와 같이, 모터들(532A, 532B)은 대략적으로 대기압을 포함하는 공동(513B) 내에 있는 반면, 손목 구동 조립체(554)는 진공에 노출된다.
본원 발명에 따른 전자 디바이스 프로세싱 시스템 내에서 기판을 운송하는 방법(600)이 제공되고 그리고 도 6을 참조하여 설명된다. 방법(600)은 붐 링키지(예를 들어, 113, 313, 413, 513), 상기 붐 링키지에 커플링된 상부 아암 링크 하우징(예를 들어, 118, 318, 418, 518), 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링된 전방아암 링크 하우징(예를 들어, 122, 322, 422, 522), 및 상기 전방아암 링크 하우징에 커플링된 손목 부재(예를 들어, 126, 326, 426A, 426B, 526A, 526B)로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터(예를 들어, 128, 328, 428A, 428B, 528A, 528B)에 커플링되도록 구성된 손목 부재, 그리고 상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소(예를 들어, 150, 350, 550)를 가지는 전방아암 구동 부재(예를 들어, 148, 348, 548)로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재(예를 들어, 152, 352, 552)에 커플링되는, 전방아암 구동 부재를 갖는 로봇 장치(예를 들어, 104, 304, 404, 504)를 제공하는 단계를 포함한다. 블록(604)에서, 붐 링키지(예를 들어, 113, 313, 413, 513)는 전달 목적지(예를 들어, 픽킹 또는 배치 위치) 근처의 위치로 회전된다. 블록(606)에서, 상부 아암 링크 하우징이 상기 붐 링키지에 대해서 독립적으로 회전된다. 상기 독립적인 회전은 시계방향 또는 반시계방향으로 이루어질 수 있을 것이고 그리고 제어기(예를 들어, 117, 317, 417, 517)로부터 제 1 모터(예를 들어, 115, 315, 415)로의 신호들에 의해서 개시될 수 있을 것이다. 유사하게, 블록(608)에서, 손목 부재(예를 들어, 126, 326, 426A, 426B, 526A, 526B)의 독립적인 회전이 손목 부재의 상기 전방아암 링크 하우징(예를 들어, 122, 322, 422, 522)에 대한 회전에 의해서 달성된다.
여기에서 설명된 바와 같은 로봇 장치를 이용하여, 기판을 놓는 것 및 픽킹하는 것이 목적지 위치에서 이루어질 수 있고 그리고 로봇 장치의 그에 따라 로봇 장치를 위한 챔버 하우징의 전체적인 크기가 감소될 수 있을 것임이 명백해야 할 것이다. 일부 실시예들에서, 붐 링키지, 상부 아암 링크 하우징, 및 손목 부재들이 놓는 동작 및 픽킹하는 동작을 보조하기 위해서 동시적으로 회전될 수 있을 것이다. 전술한 실시예들의 각각에서, 상부 아암 링크 하우징(예를 들어, 118, 318, 418, 및 518) 및 전방아암 링크 하우징(122, 322, 422, 522)의 이동이 운동역학적으로 링크된다. 다시 말해서, 그들이 구동 부재(예를 들어, 148, 348, 448, 548), 피동 부재(예를 들어, 152, 352, 452, 552), 및 전방아암 구동 요소(예를 들어, 150, 350, 450, 550)에 의해서 함께 기어연결된다(geared).
전술한 설명은 발명의 예시적인 실시예들만을 개시한다. 발명의 범위에 포함되는 전술한 장치들 및 방법들의 수정들이 당업자에게 쉽게 명백해질 것이다. 따라서, 본원 발명이 본원 발명의 예시적인 실시예들과 관련하여 개시되었지만, 다른 실시예들이, 이하의 청구항들에 의해서 규정된 바와 같은, 발명의 사상 및 범위에 포함될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 전자 디바이스 프로세싱 시스템으로서:
    챔버;
    상기 챔버 내에 수용되고 그리고 기판을 운송하도록 구성된 로봇 장치를 포함하고,
    상기 로봇 장치는:
    공동(cavity)을 포함하고 제 1 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성된 붐 링키지(linkage);
    상기 제 1 회전 축으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지에 커플링된 파일롯(pilot) 샤프트를 포함하는 상부 아암 링크 하우징으로서, 상기 상부 아암 링크 하우징은 상기 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성되는, 상부 아암 링크 하우징;
    상기 제 2 회전 축으로부터 이격된 제 2 위치에서 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링되고, 그리고 상기 제 2 위치에서 제 3 회전 축을 중심으로 하는 상기 상부 아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 전방아암 링크 하우징;
    상기 전방아암 링크 하우징에 커플링되고 제 4 회전 축을 중심으로 하는 상기 전방아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 손목 부재로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터(end effector)에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터가 기판을 반송하도록 구성되는, 손목 부재;
    상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 상기 붐 링키지에 고정적으로 부착되고, 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지는, 전방아암 구동 부재로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되고, 상기 전방아암 구동 부재는 일 단부에서 풀리(pulley)를 갖는 샤프트이고 상기 샤프트는 상기 붐 링키지에 대해 움직일 수 없는, 전방아암 구동 부재;
    상기 붐 링키지에 장착된 상부 아암 구동 모터;
    상기 상부 아암 구동 모터에 커플링되고, 구동 부재, 상기 파일롯 샤프트에 커플링된 피동 부재, 및 상기 구동 부재와 상기 피동 부재 사이에서 커플링된 상부 아암 구동 요소를 포함하는, 상부 아암 구동 조립체로서, 상기 구동 부재, 상기 피동 부재, 및 상기 상부 아암 구동 요소는 모두 상기 붐 링키지의 공동에 수용되는(housed), 상부 아암 구동 조립체; 및
    손목 구동 부재, 상기 상부 아암 링크 하우징에 회전식으로 장착된 이송 샤프트, 상기 손목 부재 상의 손목 피동 부재, 및 상기 이송 샤프트와 상기 손목 구동 부재 사이에 그리고 상기 이송 샤프트와 손목 피동 부재 사이에 각각 커플링된 제 1 및 제2 손목 구동 요소들을 포함하는, 손목 부재 구동 조립체;를 포함하는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 붐 링키지가 모터 하우징 내의 제 1 모터에 의해서 구동되는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전방아암 구동 부재가 상기 상부 아암 링크 하우징의 파일롯 샤프트를 통해서 연장하는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 상부 아암 링크 하우징의 파일롯 샤프트는, 상기 붐 링키지에 장착된 상기 상부 아암 구동 모터에 커플링되는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 붐 링키지 내에 수용된 상기 상부 아암 구동 모터는 진공에 노출되는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 붐 링키지 내에 수용된 상기 상부 아암 구동 모터 및 손목 구동 모터를 포함하는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 붐 링키지 내에 수용된 상기 상부 아암 구동 모터 및 상기 손목 구동 모터는 대기에 노출되는 반면에, 상기 손목 부재 구동 조립체는 진공에 노출되는,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 붐 링키지 내에 수용된 상기 손목 구동 모터는 상기 손목 부재의 회전을 유발하도록 구성된,
    전자 디바이스 프로세싱 시스템.
  9. 로봇 장치로서:
    공동을 포함하고 제 1 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성된 붐 링키지;
    상기 제 1 회전 축으로부터 오프셋된 제 1 방사상 위치에서 상기 붐 링키지에 커플링된 파일롯 샤프트를 포함하는 상부 아암 링크 하우징으로서, 상기 상부 아암 링크 하우징은 상기 제 1 방사상 위치에서 제 2 회전 축을 중심으로 회전하도록 구성되는, 상부 아암 링크 하우징;
    상기 제 2 회전 축으로부터 이격된 제 2 위치에서 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링되고, 그리고 상기 제 2 위치에서 제 3 회전 축을 중심으로 하는 상기 상부 아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 전방아암 링크 하우징;
    상기 전방아암 링크 하우징에 커플링되고 제 4 회전 축을 중심으로 하는 상기 전방아암 링크 하우징에 대한 회전을 위해 구성된 손목 부재로서, 상기 손목 부재가 엔드 이펙터에 커플링되도록 구성되고, 상기 엔드 이펙터가 기판을 반송하도록 구성되는, 손목 부재;
    상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 상기 붐 링키지에 고정적으로 부착되고, 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지는, 전방아암 구동 부재로서, 상기 전방아암 구동 요소가 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되고, 상기 전방아암 구동 부재는 일 단부에서 풀리를 갖는 샤프트이고 상기 샤프트는 상기 붐 링키지에 대해 움직일 수 없는, 전방아암 구동 부재;
    상기 붐 링키지에 장착된 상부 아암 구동 모터;
    상기 상부 아암 구동 모터에 커플링되고, 구동 부재, 상기 파일롯 샤프트에 커플링된 피동 부재, 및 상기 구동 부재와 상기 피동 부재 사이에서 커플링된 상부 아암 구동 요소를 포함하는, 상부 아암 구동 조립체로서, 상기 구동 부재, 상기 피동 부재, 및 상기 상부 아암 구동 요소는 모두 상기 붐 링키지의 공동에 수용되는, 상부 아암 구동 조립체; 및
    손목 구동 부재, 상기 상부 아암 링크 하우징에 회전식으로 장착된 이송 샤프트, 상기 손목 부재 상의 손목 피동 부재, 및 상기 이송 샤프트와 상기 손목 구동 부재 사이에 그리고 상기 이송 샤프트와 손목 피동 부재 사이에 각각 커플링된 제 1 및 제2 손목 구동 요소들을 포함하는, 손목 부재 구동 조립체;를 포함하는,
    로봇 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 붐 링키지가 모터 하우징 내의 제 1 모터에 의해서 구동되는,
    로봇 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전방아암 구동 부재가 상기 상부 아암 링크 하우징의 파일롯 샤프트를 통해서 연장하는,
    로봇 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 손목 부재의 회전을 유발하도록 구성되고 상기 상부 아암 링크 하우징 내에 수용된 제 3 모터를 포함하는,
    로봇 장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 손목 구동 부재에 커플링된 손목 구동 모터를 포함하고, 상기 손목 구동 모터는 상기 붐 링키지 상에 장착되는,
    로봇 장치.
  14. 전자 디바이스 프로세싱 시스템 내에서 기판을 운송하는 방법으로서:
    공동을 포함하는 붐 링키지, 상기 붐 링키지에 커플링된 파일롯 샤프트를 포함하는 상부 아암 링크 하우징, 상기 상부 아암 링크 하우징에 커플링된 전방아암 링크 하우징, 및 상기 전방아암 링크 하우징에 커플링된 손목 부재를 갖는 로봇 장치를 제공하는 단계로서, 상기 손목 부재는 엔드 이펙터에 커플링되도록 구성되고, 전방아암 구동 부재는 상기 붐 링키지에 강성으로 커플링되고 상기 붐 링키지에 고정적으로 부착되며, 상기 전방 아암 구동 부재는 상기 상부 아암 링크 하우징을 통해서 연장하는 전방아암 구동 요소를 가지고, 상기 전방아암 구동 요소는 상기 전방아암 링크 하우징의 피동 부재에 커플링되고, 상기 전방아암 구동 부재는 일 단부에서 풀리를 갖는 샤프트이고, 상기 샤프트는 상기 붐 링키지에 대해 움직일 수 없으며, 상부 아암 구동 모터는 상기 붐 링키지에 장착되는, 로봇 장치를 제공하는 단계;
    픽킹 또는 배치 위치 근처의 위치로 상기 붐 링키지를 회전시키는 단계;
    상기 상부 아암 링크 하우징을 상기 붐 링키지에 대해서 독립적으로 회전시키는 단계; 및
    상기 손목 부재를 상기 전방아암 링크 하우징에 대해서 독립적으로 회전시키는 단계를 포함하고,
    상기 로봇 장치는,
    상기 상부 아암 구동 모터에 커플링되고, 구동 부재, 상기 파일롯 샤프트에 커플링된 피동 부재, 및 상기 구동 부재와 상기 피동 부재 사이에서 커플링된 상부 아암 구동 요소를 포함하는, 상부 아암 구동 조립체로서, 상기 구동 부재, 상기 피동 부재, 및 상기 상부 아암 구동 요소는 모두 상기 붐 링키지의 공동에 수용되는, 상부 아암 구동 조립체; 및
    손목 구동 부재, 상기 상부 아암 링크 하우징에 회전식으로 장착된 이송 샤프트, 상기 손목 부재 상의 손목 피동 부재, 및 상기 이송 샤프트와 상기 손목 구동 부재 사이에 그리고 상기 이송 샤프트와 손목 피동 부재 사이에 각각 커플링된 제 1 및 제2 손목 구동 요소들을 포함하는, 손목 부재 구동 조립체;를 포함하는,
    기판 운송 방법.
  15. 삭제
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