KR102114499B1 - 듀얼 아암 진공 로봇 - Google Patents

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Abstract

기판 프로세싱 시스템에 대한 듀얼 아암 로봇은 베이스, 및 연장되고 오므라드는 위치들을 갖는 제 1 아암을 포함한다. 제 1 및 제 2 아암들 각각은, 베이스에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 1 아암 부분, 제 1 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 2 아암 부분, 및 제 2 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부 및 제 1 및 제 2 기판들을 지지하도록 구성된 다른 단부를 갖는 단부 이펙터를 포함한다. 제 1 및 제 2 아암들이 오므라드는 위치로 배열된 경우, 제 2 아암 부분들과 단부 이펙터들 사이의 접속들은 제 2 및 제 1 기판들 위 또는 아래에 각각 위치되고, 제 1 기판은 제 2 기판 위 또는 아래에 위치되지 않는다.

Description

듀얼 아암 진공 로봇{DUAL ARM VACUUM ROBOT}
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은, 2012년 11월 30일자로 출원된 미국 가출원 제 61/731,755호의 이점을 주장한다. 상기 참조된 출원의 전체 개시물은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명은 로봇들에 관한 것으로, 더 상세하게는 기판 프로세싱 시스템들에서 사용되는 듀얼 아암 (arm) 로봇들에 관한 것이다.
여기에 제공된 배경 설명은, 일반적으로 본 발명의 맥락을 일반적으로 제공하는 목적을 위한 것이다. 이러한 배경 섹션에서 설명된 정도까지의 본 발명의 발명자들의 작업 뿐만 아니라 출원 시에 종래 기술로서 자격이 부여되지 않을 수도 있는 설명의 양태들 모두가 명백히 또는 암묵적으로 본 발명에 대한 종래 기술로서 인정되지는 않는다.
상이한 타입들의 툴들이 반도체 웨이퍼들과 같은 기판들 상에서 프로세싱 동작들을 수행하는데 사용된다. 프로세싱 챔버들은 중앙 허브에 관해 배열될 수도 있다. 중앙 허브 및 프로세싱 챔버들은 낮은 압력으로 유지될 수도 있다.
기판들은 기판 핸들링 시스템들에 의해 프로세싱 챔버들로 도입될 수도 있다. 기판 핸들링 시스템들은 공장 플로어로부터 프로세싱 챔버로 기판들을 이송한다. 기판 핸들링 시스템들은, 주변 조건들로부터 낮은 압력 컨디션들로 및 그 반대로 기판들을 가져오기 위한 로드록 (load lock) 들을 포함할 수도 있다. 로봇들은 기판들을 이송하는데 종종 사용된다. 기판 핸들링 시스템들은 주변 조건들 및 낮은 압력으로 동작하는 로봇들을 이용할 수도 있다. 일 시간 기간에서 프로세싱되는 기판들의 수를 지칭하는 스루풋은, 프로세스 시간, 한번에 프로세싱되는 웨이퍼들의 수 뿐만 아니라 진공 프로세싱 챔버들로 웨이퍼들을 도입하기 위한 단계들의 타이밍에 의해 영향을 받는다.
기판 프로세싱 시스템에 대한 듀얼 아암 로봇은 베이스 (base), 및 연장되고 오므라드는 (retracted) 위치들을 갖는 제 1 아암을 포함한다. 제 1 아암은, 베이스에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 1 아암 부분, 제 1 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 2 아암 부분, 및 제 2 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부 및 제 1 기판을 지지하도록 구성된 다른 단부를 갖는 단부 이펙터 (effector) 를 포함한다. 제 2 아암은 연장되고 오므라드는 위치들을 갖는다. 제 2 아암은, 베이스에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 1 아암 부분, 제 1 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 2 아암 부분, 및 제 2 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부 및 제 2 기판을 지지하도록 구성된 다른 단부를 갖는 단부 이펙터를 포함한다. 제 1 및 제 2 아암들이 오므라드는 위치에 배열된 경우, 제 1 아암의 제 2 아암 부분과 제 1 아암의 단부 이펙터 사이의 접속은 제 2 기판 위에 위치되고, 제 2 아암의 제 2 아암 부분과 제 2 아암의 단부 이펙터 사이의 접속은 제 1 기판 아래에 위치되며, 제 1 기판은 제 2 기판 위에 위치되지 않는다.
다른 특성들에서, 제 1 아암 또는 제 2 아암 중 적어도 하나가 오므라드는 위치와 연장된 위치 사이에서 이동하는 경우, 제 1 기판은 제 2 기판 위에서 전달되지 않는다.
다른 특성들에서, 제 1 아암의 제 1 아암 부분 및 제 2 아암의 제 1 아암 부분이 오므라드는 위치에 있는 경우, (i) 제 1 아암의 제 1 아암 부분 및 제 2 아암의 제 1 아암 부분은 동일-선 상에 있고, (ii) 제 1 기판 및 제 2 기판의 주변 외측 에지들은, 제 1 아암의 제 1 아암 부분 및 제 2 아암의 제 1 아암 부분의 방사상 최외측 부분들에 의해 정의된 원 내에 위치된다.
다른 특성들에서, 구동 메커니즘은, 제 1 회전 방향의 베이스에 관한 제 1 아암의 제 1 아암 부분의 회전을, (i) 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향의 제 1 아암의 제 1 아암 부분에 관한 제 1 아암의 제 2 아암 부분의 회전에, 그리고 (ii) 제 1 회전 방향의 제 1 아암의 제 2 아암 부분에 관한 제 1 아암의 단부 이펙터의 회전에 커플링시키도록 구성된다.
다른 특성들에서, 구동 메커니즘은, 제 2 회전 방향의 베이스에 관한 제 2 아암의 제 1 아암 부분의 회전을, (i) 제 1 회전 방향의 제 2 아암의 제 1 아암 부분에 관한 제 2 아암의 제 2 아암 부분의 회전에, 그리고 (ii) 제 2 회전 방향의 제 2 아암의 제 2 아암 부분에 관한 제 2 아암의 단부 이펙터의 회전에 커플링시키도록 추가적으로 구성된다.
다른 특성들에서, 구동 메커니즘은 제 1 모터, 제 2 모터, 및 공통 모터를 포함한다. 제 1 모터의 회전은 베이스에 관해 제 1 및 제 2 아암들을 연장 및 오므라들게 하고, 제 1 모터 및 제 2 모터의 회전은 베이스에 관한 제 1 아암 또는 제 2 아암의 연장 및 오그라듬을 허용하며, 공통 모터의 회전은 연장 또는 오므라듬 없이 베이스에 관해 제 1 아암 및 제 2 아암을 회전시킨다.
다른 특성들에서, 구동 메커니즘은, 제 1 아암의 제 1 아암 부분, 제 1 아암의 제 2 아암 부분, 및 제 1 아암의 단부 이펙터의 회전을 회전적으로 커플링시키고, 제 2 아암의 제 1 아암 부분, 제 2 아암의 제 2 아암 부분, 및 제 2 아암의 단부 이펙터의 회전을 회전적으로 커플링시키기 위한 하나 이상의 풀리 (pulley) 들 및 하나 이상의 구동 벨트들을 포함한다.
다른 특성들에서, 구동 메커니즘이 베이스에 관하여 제 1 각도만큼 제 1 아암의 제 1 아암 부분을 회전시키는 경우, 구동 메커니즘은, (i) 제 1 아암의 제 1 아암 부분에 관하여 제 2 각도만큼 제 1 아암의 제 2 아암 부분을 회전시키고, (ii) 제 1 아암의 제 2 아암 부분에 관해 제 3 각도만큼 제 1 아암의 단부 이펙터를 회전시킨다. 제 1 각도의 크기는 제 2 각도의 크기보다 크며, 제 2 각도의 크기는 제 3 각도의 크기보다 크다. 제 2 각도의 크기는 제 1 각도의 크기의 절반이고, 제 3 각도의 크기는 제 2 각도의 크기의 절반이다.
본 발명의 적용가능성의 추가적인 영역들은 아래에 제공되는 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 상세한 설명 및 특정한 예들이 예시의 목적들만을 위해 의도되며, 본 발명의 범위를 제한하도록 의도되지는 않는다.
본 발명은 상세한 설명 및 첨부한 도면들로부터 더 완전히 이해되게 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 로봇의 개관도이다.
도 2는 본 발명에 따른 로봇의 베이스의 분해된 개관도이다.
도 3은 본 발명에 따른 로봇의 아암 어셈블리의 분해된 개관도이다.
도 4 내지 도 7은, 완전히 오므라든 위치, 부분적으로 연장된 위치들, 및 완전히 연장된 위치의 로봇의 아암 어셈블리를 도시한 평면도들이다.
도 8은 본 발명에 따른 로봇의 아암들을 제어하도록 구성된 제어기의 기능 블록도이다.
도 9는 본 발명에 따른 로봇의 아암들을 제어하기 위한 방법을 도시한 흐름도이다.
이제 도 1을 참조하면, 로봇 (10) 은 베이스 (20), 및 제 1 아암 (24A) 및 제 2 아암 (24B) 을 포함하는 아암 어셈블리 (22) 를 포함한다. 제 1 아암 (24A) 은 베이스 (20) 에 회전가능하게 접속된 제 1 아암 부분 (26A), 제 1 아암 부분 (26A) 에 회전가능하게 접속된 제 2 아암 부분 (28A) 및 제 2 아암 부분 (28A) 에 회전가능하게 접속된 단부 이펙터 (32A) 를 포함한다. 반도체 웨이퍼와 같은 기판 (36A) 은 단부 이펙터 (32A) 상에 위치된 것으로 도시되어 있다.
제 2 아암 (24B) 은 제 1 아암 (24A) 과 유사하다. 제 2 아암 (24B) 은 베이스 (20) 에 회전가능하게 접속된 제 1 아암 부분 (26B), 제 1 아암 부분 (26B) 에 회전가능하게 접속된 제 2 아암 부분 (28B), 및 제 2 아암 부분 (28B) 에 회전가능하게 접속된 단부 이펙터 (32B) 를 포함한다. 반도체 웨이퍼와 같은 기판 (36B) 은 단부 이펙터 (32B) 상에 위치된 것으로 도시되어 있다. 단부 이펙터들 (32A 및 32B) 은 실질적으로 반대 방향들로 베이스 (20) 로부터 연장한다.
도 1에서, (제 1 아암 (24A) 과 연결된) 단부 이펙터 (32A), 기판 (36A) 및 제 2 아암 부분 (28A) 은, (제 2 아암 (24B) 과 연결된) 단부 이펙터 (32B), 기판 (36B) 및 제 2 아암 부분 (28B) 위에 배열된다. (제 2 아암 (24B) 과 연결된) 단부 이펙터 (32B) 및 기판 (36B) 은 제 1 아암 (24A) 의 제 1 아암 부분 (26A) 위에 배열된다.
이제 도 2를 참조하면, 베이스 (20) 는, 프로세싱 챔버 또는 툴 내에 로봇 (10) 을 탑재하는데 사용될 수도 있는 베이스 플레이트 (102) 를 포함할 수도 있다. 지지 구조 (103) 는 베이스 플레이트 (102) 와 단단하게 접속될 수도 있으며, 아암 어셈블리 (22) 뿐만 아니라 베이스 (20) 내의 다른 컴포넌트들에 지지부를 제공하는데 사용될 수도 있다.
지지부 구조 (103) 는, 예를 들어, 모터 지지부 (106) 의 z-축 또는 수직 이동을 허용할 수도 있는 외관 (face) (105) 을 따라 레일 (rail) 들과 단단하게 접속될 수도 있다. 모터 지지부 (106) 는, 레일들과 슬라이딩가능하게 인게이지 (slidably engage) 될 수도 있으며, 모터 지지부 (106) 가 z-축을 따른 것과는 다른 방향들로 이동하는 것을 방지할 수도 있는 글라이드 (glide) 들 또는 다른 하드웨어를 포함할 수도 있다. 모터 지지부 (106) 는 z-축 구동부 (104) 에 의해 z-축 방향으로 이동될 수도 있다. z-축 구동부 (104) 는, 예를 들어, 회전 모터에 의해 구동된 리드 스크류 (lead screw) (둘 다 도시되지 않음) 를 사용하는 선형 구동 어셈블리일 수도 있다. 모터 지지부 (106) 는 제 1 구동 모터 (107), 제 2 구동 모터 (108), 및 공통 구동 모터 (109) 를 지지할 수도 있다. 제 1 구동 모터 (107), 제 2 구동 모터 (108), 및 공통 구동 모터 (109) 는 유사하거나 상이한 모터들일 수도 있다.
베이스 (20) 는 제 1 구동 샤프트 (110), 제 2 구동 샤프트 (111), 및 공통 구동 샤프트 (112) 를 또한 포함할 수도 있다. 제 1 구동 샤프트 (110) 는 제 1 구동 모터 (107) 에 의해 회전적으로 구동될 수도 있다. 제 2 구동 샤프트 (111) 는 제 2 구동 모터 (108) 에 의해 회전적으로 구동될 수도 있다. 공통 구동 샤프트 (112) 는 공통 구동 모터 (109) 에 의해 회전적으로 구동될 수도 있다. 제 1 구동 샤프트 (110), 제 2 구동 샤프트 (111), 및 공통 구동 샤프트 (112) 는 동축으로 배열될 수도 있으며, 모두 동일한 축에 관해 회전될 수도 있다.
제 1 구동 샤프트 (110), 제 2 구동 샤프트 (111), 및 공통 구동 샤프트 (112) 모두는 3축 자성-유체 씨일 (tri-axial ferro-fluidic seal) (미도시) 을 통과할 수도 있다. 3축 자성-유체 씨일은, 3개의 독립적으로 구동된 축들이 씨일 무결성 (integrity) 의 손실 없이 씨일을 통과하는 것을 허용한다. 이것은 대부분의 베이스 (20) 가, 허브 또는 프로세싱 챔버들에서 관측되는 낮은 압력 환경들과는 상이한 환경에서 동작되게 하며, 그 환경 내에서, 아암 어셈블리 (22) 가 기능할 것이다. 베이스 커버 (115) 는, 베이스 (20) 의 내부 컴포넌트들에 대한 손상을 방지하기 위해 베이스 (20) 에 부착될 수도 있다. 자성-유체 씨일이 이러한 구현에서 사용되지만, 다른 타입들의 씨일들이 자기 커플링 또는 마찰 씨일과 같은 자성-유체 씨일 대신에 또는 부가하여 사용될 수도 있다.
제 1 구동 모터 (107), 제 2 구동 모터 (108), 공통 구동 모터 (109), 제 1 구동 샤프트 (110), 제 2 구동 샤프트 (111), 및 공통 구동 샤프트 (112) 모두가 서로에 관해 동축에 있는 구동 시스템을 베이스 (20) 가 나타내지만, 구동 샤프트들 각각은 그들 각각의 구동 모터들에 직접 커플링될 수도 있으며, 제 1 구동 모터 (107), 제 2 구동 모터 (108), 및 공통 구동 모터 (109) 는 서로 동축일 필요는 없다. 그러한 배열에서, 구동 모터들은, 벨트들 또는 다른 구동 메커니즘을 통해 그들 각각의 구동 샤프트들에 커플링될 수도 있다.
이제 도 3을 참조하면, 아암 어셈블리 (22) 는 제 1 아암 (24A) 및 제 2 아암 (24B) 을 포함할 수도 있다. 제 1 아암 (24A) 및 제 2 아암 (24B) 은 유사한 방식으로 동작하고 많은 공통 컴포넌트들을 이용할 수도 있지만, 2개의 아암들은 동작 여유 (clearance) 들 및 특정한 아암 어셈블리 구성들을 허용하기 위해 구성에서 약간 상이할 수도 있다. 제 1 아암 (24A) 은 제 1 아암 부분 (26A), 제 2 아암 부분 (28A), 및 단부 이펙터 (32A) 를 포함할 수도 있다. 제 2 아암 (24B) 은 제 1 아암 부분 (26B), 제 2 아암 부분 (28B), 및 단부 이펙터 (32B) 를 포함할 수도 있다. 단부 이펙터들 (32A 및 32B) 은 패들들, 포크들, 그리퍼들 등을 포함하는 임의의 타입의 단부 이펙터들일 수 있다. 몇몇 구현들에서, 로봇 (10) 은 단부 이펙터들이 없지만 단부 이펙터들을 수용하는 인터페이스들을 이용하여 고객에게 제공될 수도 있다.
제 1 아암 부분 (26A) 의 일 단부는, 제 1 구동 샤프트 (110) 가 제 1 구동 모터 (107) 에 의해 회전된 경우, 제 1 아암 부분 (26A) 이 제 1 구동 샤프트 (110) 의 회전축에 관하여 베이스 (20) 에 관해 회전하도록 제 1 구동 샤프트 (110) 와 단단하게 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 구동 샤프트 홀 패턴 (142) 을 갖는 플레이트는, 상부 제 1 아암 벨로우 커플링 (146) 을 통해 제 1 구동 샤프트 (110) 에 볼트로 고정되고 로드 이송 플레이트 (147) 에 결합될 수도 있다. 이것은, 제 1 구동 샤프트 (110) 와 제 1 아암 부분 (26A) 사이에 실질적으로 단단한 회전 커플링을 허용하면서, 어셈블리 동안 작은 축방향 오정렬들을 여전히 허용한다. 제 1 아암 부분 (26A) 의 다른 단부는 제 2 아암 부분 (28A) 의 일 단부와 회전적으로 커플링될 수도 있다. 제 2 아암 부분 (28A) 의 다른 단부는, 차례로, 단부 이펙터 (32A) 와 회전적으로 커플링될 수도 있다.
유사하게, 제 1 아암 부분 (26B) 의 일 단부는, 제 2 구동 샤프트 (111) 가 제 2 구동 모터 (108) 에 의해 회전된 경우, 제 1 아암 부분 (26B) 이 제 2 구동 샤프트 (111) 의 회전축에 관하여 베이스 (20) 에 관해 회전하도록, 제 2 구동 샤프트 (111) 와 단단하게 커플링될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 아암 부분 (26B) 은 제 2 구동 샤프트 홀 패턴 (152) 을 통해 제 2 구동 샤프트에 볼트로 고정될 수도 있다. 제 1 아암 부분 (26B) 의 다른 단부는 제 2 아암 부분 (28B) 의 일 단부와 회전적으로 커플링될 수도 있다. 제 2 아암 부분 (28B) 의 다른 단부는, 차례로, 단부 이펙터 (32B) 와 회전적으로 커플링될 수도 있다.
제 1 아암 부분 (26A) 및 제 1 아암 부분 (26B) 은 또한, 상부 아암 베어링 (153) 을 통해 서로 회전적으로 커플링될 수도 있다. 상부 아암 베어링 (153) 의 회전축은, 제 1 구동 샤프트 (110) 및 제 2 구동 샤프트 (111) 의 회전축들과 실질적으로 동축일 수도 있다.
제 1 아암 (24A) 의 제 1 아암 부분 (26A) 및 제 2 아암 (24B) 의 제 1 아암 부분 (26B) 양자는, 제 1 아암 부분 (26A) 의 제 1 리세스와 제 1 아암 부분 (26B) 의 유사한 제 1 리세스 사이에 하우징될 수도 있는 공통 구동 풀리 어셈블리 (131) 에 관해 회전될 수도 있다. 공통 구동 풀리 어셈블리 (131) 는, 제 1 아암 부분 (26A) 및 제 1 아암 부분 (26B) 에 관해 제 1 구동 샤프트 및 제 2 구동 샤프트의 회전축들과 실질적으로 동축인 축에 관해 회전할 수도 있다. 공통 구동 풀리 어셈블리는, 공통 구동 샤프트 홀 패턴 (135) 을 갖는 공통 구동 플레이트 (136) 를 포함할 수도 있다. 공통 구동 샤프트 (112) 의 회전이 공통 구동 풀리 어셈블리 (131) 로 하여금 공통 구동 샤프트 (112) 의 회전축에 관해 회전하게 하기 위해, 공통 구동 샤프트 홀 패턴 (135) 은, 공통 구동 플레이트 (136) 가 공통 구동 샤프트 (112) 와 단단하게 접속되게 하도록 구성될 수도 있다.
공통 구동 풀리 어셈블리 (131) 는, 공통 구동 플레이트 (136) 과 단단하게 접속되는 제 1 공통 구동 풀리 (132) 및 제 2 공통 구동 풀리 (133) 를 또한 포함할 수도 있다.
제 2 아암 부분 (28A) 은, 제 2 아암 부분 (28A) 이 제 1 아암 부분 (26A) 과 회전가능하게 접속된 경우, 제 1 아암 부분 (26A) 의 제 2 리세스로 돌출하는 구동된 풀리 (162) 를 포함할 수도 있다. 구동된 풀리 (162) 는 제 2 아암 부분 (28A) 과 단단하게 접속될 수도 있다. 몇몇 예들에서, 구동된 풀리 (162) 의 직경 대 공통 구동 풀리 (132) 의 직경의 제 1 비율은 0.25:1 로부터 2:1 까지의 범위에 있을 수도 있다. 다른 예들에서, 제 1 비율은 (1 미만): 1이다. 공통 구동 풀리 (132) 의 직경이 구동된 풀리 (162) 의 직경보다 작고 2개의 모터들 (예를 들어, 공통 모터 및 제 1 또는 제 2 모터) 이 아암을 이동시키는데 사용된 경우, 각각의 모터 상의 토크 로드는 감소된다.
구동 벨트 (141) 는 구동된 풀리 (162) 및 공통 구동 풀리 (132) 양자 위에 스트레칭 (stretch) 될 수도 있다. 구동 벨트 (141) 는, 301 높은-수율 스테인리스 스틸과 같이 비교적 높은 장력 탄성을 갖는 스틸 또는 몇몇 다른 재료로부터 제작될 수도 있다. 다양한 벨트 장력 시스템들이 공통 구동 풀리 (132) 와 구동된 풀리 (162) 사이의 회전 슬로프 (slop) 를 제거하는 것을 돕기 위해 이용될 수도 있다. 제 1 아암 부분 (26A) 의 제 1 및 제 2 리세스를 접속시키는 일 쌍의 채널들은, 구동 벨트 (141) 가 공통 구동 풀리 (132) 와 구동된 풀리 (162) 사이에 걸쳐 있게 한다 (span).
예를 들어, 제 1 비율이 0.5:1 이라고 가정하면, 제 1 아암 부분 (26A) 이 공통 구동 풀리 어셈블리 (131), 및 그에 따라 공통 구동 풀리 (132) 에 관하여 각도 2X를 통해 회전되는 경우, 이것은 구동 벨트가 제 1 아암 부분 (26A) 의 제 1 리세스 및 제 2 리세스 뿐만 아니라 그들 리세스들을 접속시키는 채널들 내에서 순환하게 하고, 또한, 구동된 풀리 (162) 가 제 1 아암 부분 (26A) 에 관해 회전되게 한다. 이러한 예에서, 공통 구동 풀리 (132) 와 구동된 풀리 (162) 사이의 0.5:1의 직경 비율로 인해, 구동된 풀리 (162) 뿐만 아니라 구동된 풀리 (162) 와 단단하게 접속된 제 2 아암 부분 (28A) 은, 구동 벨트 (141) 의 이동에 의한 제 1 아암 부분 (26A) 의 회전의 반대 방향으로 및 X의 각도를 통해 회전될 수도 있다. 인식될 수 있는 바와 같이, 다른 비율들이 사용될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 단부 이펙터 (32A) 는 구동된 풀리 (162) 를 피쳐링 (feature) 하는 제 2 아암 부분 (28A) 의 단부 반대의 제 2 아암 부분 (28A) 의 단부와 회전적으로 커플링될 수도 있다. 단부 이펙터 (32A) 는, 단부 이펙터 (32A) 와 단단하게 접속된 (사용 시에 커버 플레이트 아래에) 단부 이펙터 구동된 풀리 (182) 를 포함할 수도 있으며, 즉, 제 2 아암 부분 (28A) 에 관한 단부 이펙터 구동된 풀리의 회전은 단부 이펙터 (32A) 가 또한 제 2 아암 부분 (28A) 에 관해 회전하게 한다. 구동 벨트 (161) 는 단부 이펙터 구동된 풀리 (182) 및 구동 풀리 (145) 위에서 스트레칭될 수도 있다. 구동 풀리 (145) 는 제 1 아암 부분 (26A) 과 단단하게 접속될 수도 있으며, 단부 이펙터 구동된 풀리 (182) 의 대략 절반의 직경일 수도 있지만, 다른 비율들이 사용될 수도 있다. 구동 벨트는 구동 벨트 (141) 에 대해 사용된 것과 유사한 재료로부터 제작될 수도 있다.
제 2 아암 부분 (28A) 이 제 1 아암 부분 (26A) 에 관해 각도 Y를 통하여 회전된 경우 (그에 따라 구동 풀리 (145) 가 제 2 아암 부분 (28A) 에 관해 회전되게 함), 이것은 구동 벨트 (161) 가 제 2 아암 부분 (28A) 내에서 순환하게 하고, 또한, 이러한 예에서, 제 2 아암 부분 (28A) 의 회전의 반대 방향으로 및 1/2 의 각도를 통하여 단부 이펙터 구동된 풀리 (182) 가 제 2 아암 부분 (28A) 에 관해 회전되게 한다.
단부 이펙터 (32A), 제 2 아암 부분 (28A), 및 제 1 아암 부분 (26A) 이 상술된 다양한 풀리들 및 벨트들에 의해 서로 링크될 수도 있기 때문에, 공통 구동 풀리 (132) 에 관하여 각도 2X를 통해 제 1 아암 부분 (26A) 을 회전시키는 것은, 제 2 아암 부분 (28A) 이 제 1 아암 부분 (26A) 에 관하여 -X의 각도를 통하여 회전되게 하고, 단부 이펙터 (32A) 가 제 2 아암 부분 (28A) 에 관하여 1/2 X의 각도를 통해 회전되게 할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 아암 부분 (26A) 이 제 1 방향으로 60°만큼 회전되면, 제 2 아암 부분 (28A) 은 제 1 아암 부분 (26A) 에 관해 제 2 방향 또는 반대 방향으로 30°회전될 것이고, 단부 이펙터 (32A) 는 제 2 아암 부분 (28A) 에 관해 제 1 방향으로 15°회전될 것이다. 인식될 수 있는 바와 같이, 다른 비율들이 사용될 수도 있다.
제 2 아암 (24B) 은, 제 1 아암 (24A) 이 구성되는 방식과 매우 유사한 방식으로 구성되지만, 몇몇 차이점들을 갖는다. 제 2 아암 부분 (28B) 은, 제 2 아암 부분 (28B) 이 제 1 아암 부분 (26B) 과 회전가능하게 접속된 경우, 제 1 아암 부분 (26B) 의 제 2 리세스로 돌출하는 구동 풀리 (172) 를 포함할 수도 있다. 구동된 풀리 (172) 는, 제 2 아암 부분 (28B) 및 제 2 아암 부분 (28A) 이 공통 평면에 있게 하는데 충분히 떨어지게 제 1 아암 부분 (26B) 으로부터 제 2 아암 부분 (28B) 을 오프셋시킬 수도 있는 스페이서 (173) 를 통해 제 2 아암 부분 (28B) 과 단단하게 접속될 수도 있다. 구동 벨트 (151) 는 구동된 풀리 (172) 및 공통 구동 풀리 (133) 양자 위에 스트레칭될 수도 있다. 구동 벨트 (151) 는 구동 벨트 (141) 에 대해 사용된 것과 유사한 재료로부터 제작될 수도 있다. 제 1 아암 부분 (26B) 의 제 1 리세스 및 제 2 리세스를 접속시키는 채널들의 쌍은 구동 벨트 (151) 가 공통 구동 풀리 (132) 와 구동된 풀리 (172) 사이에 걸쳐있게 한다.
제 1 아암 부분 (26B) 이 공통 구동 풀리 어셈블리 (131) 및 그에 따른 공통 구동 풀리 (132) 에 관해 각도 2X를 통하여 회전된 경우, 이것은, 구동 벨트가 제 1 아암 부분 (26B) 의 제 1 리세스 및 제 2 리세스 뿐만 아니라 그들 리세스들을 접속시키는 채널들 내에서 순환하게 하고, 또한, 구동된 풀리 (172) 가 제 1 아암 부분 (26B) 에 관해 회전되게 한다. 이러한 예에서, 공통 구동 풀리 (132) 와 구동된 풀리 (172) 사이의 0.5:1 직경 비율로 인해, 구동된 풀리 (172) 뿐만 아니라 구동된 풀리 (172) 와 단단하게 접속된 제 2 아암 부분 (28B) 은, 구동 벨트 (151) 의 이동에 의한 제 1 아암 부분 (26B) 의 회전의 반대 방향으로 및 X의 각도를 통해 회전될 수도 있다.
상술된 바와 같이, 단부 이펙터 (32B) 는 구동된 풀리 (162) 를 피쳐링하는 제 2 아암 부분 (28B) 의 단부 반대의 제 2 아암 부분 (28B) 의 단부와 회전적으로 커플링될 수도 있다. 단부 이펙터 (32B) 는, 단부 이펙터 (32B) 와 단단하게 접속된 (사용 시에 커버 플레이트 아래에) 구동된 풀리 (192) 를 포함할 수도 있으며, 즉, 제 2 아암 부분 (28B) 에 관한 구동된 풀리의 회전은 단부 이펙터 (32B) 가 또한 제 2 아암 부분 (28B) 에 관해 회전하게 한다. 구동 벨트 (171) 는 구동된 풀리 (192) 및 구동 풀리 (155) 위에서 스트레칭될 수도 있다. 구동 풀리 (155) 는 제 1 아암 부분 (26B) 과 단단하게 접속될 수도 있으며, 구동된 풀리 (192) 의 대략 절반의 직경일 수도 있다.
제 2 아암 부분 (28B) 이 제 1 아암 부분 (26B) 에 관해 각도 Y를 통하여 회전된 경우 (그에 따라 구동 풀리 (155) 가 제 2 아암 부분 (28B) 에 관해 회전되게 함), 이것은 구동 벨트 (171) 가 제 2 아암 부분 (28B) 내에서 순환하게 하고, 또한, 이러한 예에서, 제 2 아암 부분 (28B) 의 회전의 반대 방향으로 및 1/2 의 각도를 통하여 구동된 풀리 (192) 가 제 2 아암 부분 (28B) 에 관해 회전되게 한다.
단부 이펙터 (32B), 제 2 아암 부분 (28B), 및 제 1 아암 부분 (26B) 이 상술된 다양한 풀리들 및 벨트들에 의해 서로 링크될 수도 있기 때문에, 공통 구동 풀리 (132) 에 관하여 각도 2X를 통해 제 1 아암 부분 (26B) 을 회전시키는 것은, 제 2 아암 부분 (28B) 이 제 1 아암 부분 (26B) 에 관하여 -X의 각도를 통하여 회전하게 하고, 단부 이펙터 (32B) 가 제 2 아암 부분 (28B) 에 관하여 1/2 X의 각도를 통해 회전하게 할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 아암 부분 (26B) 이 제 1 방향으로 60°만큼 회전되면, 제 2 아암 부분 (28B) 은 제 1 아암 부분 (26B) 에 관해 제 2 방향 또는 반대 방향으로 30°회전될 것이고, 단부 이펙터 (32B) 는 제 2 아암 부분 (28B) 에 관해 제 1 방향으로 15°회전될 것이다. 인식될 수 있는 바와 같이, 다른 비율들이 사용될 수도 있다.
이전의 예들이 제 1 또는 제 2 모터를 사용하는 이동을 설명하지만, 공통 모터는 또한 동시에 회전될 수도 있다. 공통 모터가 제 1 또는 제 2 모터와 동일한 방향으로 회전된 경우, 풀리들은, 제 1 모터의 회전에 의해 초래된 회전에 부가한 양에 의해 구동될 것이다. 이전의 예에서, 공통 모터가 15°회전되고 제 1 아암이 60°회전되면, 제 2 아암은 (총 60°에 대해) 제 2 방향으로 부가적인 30°만큼 회전될 것이고, 단부 이펙터는 제 1 방향으로 부가적인 15°회전될 것이다. 인식될 수 있는 바와 같이, 제 1 아암을 이동할 경우, 제 1 모터는 단독으로 또는 공통 모터와 함께 사용될 수도 있다. 제 1 모터 및 공통 모터는, 제 1 아암의 상이한 타입들의 이동을 달성하기 위해 이동 동안 턴 온 및 오프될 수도 있다. 제 2 모터는 동일한 위치에서 제 2 아암을 유지하기 위해 반대 방향으로 회전될 수도 있다. 또 다른 변화들이 고려된다.
이제 도 4 내지 도 7을 참조하면, 아암 어셈블리 (22) 는 상이한 위치들에 도시되어 있다. 도 4에서, 제 1 및 제 2 아암들 (24A 및 24B) 은 완전히 오므라든 위치로 배열된다. 기판들 (36A 및 36B) 은 이격되어 있다. 즉, 기판 (36A) 은 기판 (36B) 위에 위치되지 않는다. 아암들 (24A 및 24B) 및 기판들 (36A 및 36B) 은 매우 콤팩트한 배열로 위치된다. 기판들 (36A 및 36B) 은 제 1 직경을 가질 수도 있다. 아암들 (24A 및 24B) 의 외측 에지들은 ((220 및 240) 에서 관측될 수 있는 바와 같이) 제 2 직경 (210) 내에 위치된다. (240 및 242) 에서 관측될 수 있는 바와 같이, 기판들 (36A 및 36B) 의 외측 에지들은 제 3 직경 (230) 내에 위치된다.
도 5에서, 제 1 아암 (24A) 은 제 1 부분적으로 연장된 위치로 도시되어 있다. 기판들 (36A 및 36B) 이 서로 위에서 전달되지 않게 하면서 제 1 아암 (24A) 이 연장되었음을 유의한다. 도 6에서, 제 1 아암 (24A) 은 제 2 부분적으로 연장된 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 도 7에서, 제 1 아암 (24A) 은 완전히 연장된 위치에 있는 것으로 도시되어 있다. 기판들 (36A 및 36B) 이 서로 위에서 전달되지 않게 하면서 연장되었음을 유의한다. 인식될 수 있는 바와 같이, 제 1 및 제 2 아암들 양자는 동일한 시간들 또는 상이한 시간들에서 이동될 수도 있다.
이제 도 8을 참조하면, 로봇 아암에 대한 제어 시스템 (200) 은, 제 1 모터 (110), 제 2 모터 (111), 및 공통 모터 (112) 의 이동을 제어하는 로봇 제어기 (204) 를 포함한다. 인코더 (212) 는 제 1 모터 (110) 의 위치를 결정한다. 인코더 (216) 는 제 2 모터 (111) 의 위치를 결정한다. 인코더 (220) 는 공통 모터 (112) 의 위치를 결정한다. 몇몇 예들에서, 인코더들 중 하나 이상은 절대 수치 인코더 (absolute numerical encoder) 들이다.
이제 도 9를 참조하면, 로봇 아암을 제어하기 위한 방법 (250) 의 일 예가 도시되어 있다. (254) 에서, 제어기는, 하나의 아암 또는 양자의 아암들이 이동될 필요가 있는지를 결정한다. 하나의 아암이 이동될 필요가 있으면, 제어가 (258) 에서 계속되며, 여기서, 제어기는 제 1, 제 2 및 공통 모터들을 제어한다. 몇몇 예들에서, 제어기는 이동될 원하는 아암에 대응하는 제 1 (또는 제 2) 모터 및 공통 모터를 회전시킨다. 이동되지 않는 아암에 대응하는 제 2 (또는 제 1) 모터는, 비-선택된 아암이 완전히 오므라든 위치로 유지되고 제 1 아암 위치들 (26A 및 26B) 이 함께 회전되며 일반적으로 동일-선 상에 유지되도록, 반대 방향으로 회전될 수도 있다.
(262) 에서, 제어는, 선택된 아암이 원하는 위치에 도달했는지를 결정한다. 그렇지 않다면, 제어는 (258) 로 계속된다. (266) 에서, 제어는 단부 이펙터를 이용하여, 프로세싱 챔버에서 기판을 픽업 (pick up) 하거나 남기는 것과 같은 동작을 선택적으로 수행한다. (270) 에서, 동작이 수행된 이후, 선택된 아암은, 모든 모터들의 방향들을 반전시킴으로써 완전히 오므라든 위치로 리턴된다. (274) 에서, 제어는, 선택된 아암이 원하는 위치에 있는지를 결정한다. 그렇다면, 제어는 (254) 로 리턴한다. 그렇지 않다면, 제어는 (270) 로 리턴한다.
양자의 아암들이 (278) 에서 이동될 필요가 있으면, 제어는 (282) 에서 계속된다. 제어기는 제 1, 제 2 및 공통 모터들을 제어한다. 예를 들어, 제어기는, 양자의 아암들이 반대 방향들로 이동하도록 동일한 방향으로 제 1, 제 2 및 공통 모터들을 회전시킬 수도 있다.
(284) 에서, 제어는, 선택된 아암들이 그들의 대응하는 원하는 위치들에 도달했는지를 결정한다. 그렇지 않다면, 제어는 (282) 로 계속된다. (286) 에서, 제어는 단부 이펙터들 중 하나 또는 그 양자를 이용하여, 프로세싱 챔버에서 기판을 픽업하거나 남기는 것과 같은 동작을 선택적으로 수행한다. (290) 에서, 동작이 수행된 이후, 선택된 아암은, 모든 모터들의 방향들을 반전시킴으로써 완전히 오므라든 위치로 리턴될 수도 있다. (274) 에서, 제어는, 선택된 아암이 완전히 오므라든 위치에 있는지를 결정한다. 그렇다면, 제어는 (254) 로 리턴한다. 그렇지 않다면, 제어는 (270) 로 리턴한다.
상기 설명은 속성상 단지 예시적일 뿐이며, 본 발명, 그의 애플리케이션, 또는 사용들을 제한하도록 어떠한 방식으로도 의도되지 않는다. 본 발명의 광범위한 교시들은 다양한 형태들로 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명이 특정한 예들을 포함하지만, 본 발명의 실제 범위는, 다른 변경들이 도면들, 명세서, 및 다음의 청구항들의 연구 시에 명백해질 것이므로, 그렇게 제한되지 않는다. 명확화의 목적들을 위해, 동일한 참조 번호들이 유사한 엘리먼트들을 식별하기 위해 도면들에서 사용될 것이다. 여기에 사용된 바와 같이, A, B, 및 C 중 적어도 하나라는 어구는 비-배타적인 로지컬 OR을 사용하는 로지컬 (A 또는 B 또는 C) 을 의미하도록 해석되어야 한다. 방법 내의 하나 이상의 단계들이 본 발명의 원리들을 수정하지 않으면서 상이한 순서로 (또는 동시에) 실행될 수도 있음을 이해해야 한다.

Claims (14)

  1. 기판 프로세싱 시스템에 대한 듀얼 아암 (arm) 로봇으로서,
    베이스;
    연장된 및 오므라든 (retracted) 위치들을 가지며; 상기 베이스에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 1 아암 부분; 상기 제 1 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 2 아암 부분; 및 상기 제 2 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부, 및 제 1 기판을 지지하도록 구성된 다른 단부를 갖는 단부 이펙터 (effector) 를 포함하는, 제 1 아암; 및
    연장된 및 오므라든 위치들을 가지며; 상기 베이스에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 1 아암 부분; 상기 제 1 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부를 갖는 제 2 아암 부분; 및 상기 제 2 아암 부분의 다른 단부에 회전가능하게 접속된 일 단부 및 제 2 기판을 지지하도록 구성된 다른 단부를 갖는 단부 이펙터를 포함하는, 제 2 아암을 포함하며,
    상기 제 1 아암 및 제 2 아암이 상기 오므라든 위치로 배열된 경우:
    상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분과 상기 제 1 아암의 상기 단부 이펙터 사이의 접속은 상기 제 2 기판 위에 위치되고;
    상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분과 상기 제 2 아암의 상기 단부 이펙터 사이의 접속은 상기 제 1 기판 아래에 위치되며; 그리고,
    상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 위에 위치되지 않는, 듀얼 아암 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 아암 또는 상기 제 2 아암 중 적어도 하나가 상기 오므라든 위치와 상기 연장된 위치 사이에서 이동할 경우, 상기 제 1 기판은 상기 제 2 기판 위에서 전달되지 않는, 듀얼 아암 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분 및 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분이 오므라든 위치에 있는 경우, (i) 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분 및 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분은 동일-선 상에 있고, (ii) 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판의 주변 외측 에지들은, 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분 및 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분의 방사상 최외측 부분들에 의해 정의된 원 내에 위치되는, 듀얼 아암 로봇.
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 회전 방향의 베이스에 관한 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분의 회전을, (i) 상기 제 1 회전 방향에 반대인 제 2 회전 방향의 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분에 관한 상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분의 회전에, 그리고 (ii) 상기 제 1 회전 방향의 상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분에 관한 상기 제 1 아암의 상기 단부 이펙터의 회전에 커플링시키도록 구성된 구동 메커니즘을 더 포함하는, 듀얼 아암 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘은, 상기 제 2 회전 방향의 상기 베이스에 관한 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분의 회전을, (i) 상기 제 1 회전 방향의 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분에 관한 상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분의 회전에, 그리고 (ii) 상기 제 2 회전 방향의 상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분에 관한 상기 제 2 아암의 상기 단부 이펙터의 회전에 커플링시키도록 추가적으로 구성되는, 듀얼 아암 로봇.
  6. 제 1 항에 있어서,
    구동 메커니즘은,
    제 1 모터;
    제 2 모터; 및
    공통 모터를 포함하며,
    상기 제 1 모터의 회전은 상기 베이스에 관해 상기 제 1 아암 및 제 2 아암을 연장하고 오므라들게 하고, 상기 제 1 모터 및 상기 제 2 모터의 회전은 상기 베이스에 관해 상기 제 1 아암 또는 상기 제 2 아암의 연장 및 오므라듬을 허용하며, 상기 공통 모터의 회전은 연장 또는 오므라듬 없이 상기 베이스에 관해 상기 제 1 아암 및 상기 제 2 아암을 회전시키는, 듀얼 아암 로봇.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘은,
    하나 이상의 풀리 (pulley) 들 및 하나 이상의 구동 벨트들을 포함하며,
    상기 하나 이상의 풀리들 및 상기 하나 이상의 구동 벨트들은,
    상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분, 상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분 및 상기 제 1 아암의 상기 단부 이펙터의 회전을 회전적으로 커플링시키고; 그리고,
    상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분, 상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분 및 상기 제 2 아암의 상기 단부 이펙터의 회전을 회전적으로 커플링시키기 위한 것인, 듀얼 아암 로봇.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘이 상기 베이스에 관하여 제 1 각도만큼 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분을 회전시키는 경우, 상기 구동 메커니즘은, (i) 상기 제 1 아암의 상기 제 1 아암 부분에 관하여 제 2 각도만큼 상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분을 회전시키고, (ii) 상기 제 1 아암의 상기 제 2 아암 부분에 관해 제 3 각도만큼 상기 제 1 아암의 상기 단부 이펙터를 회전시키는, 듀얼 아암 로봇.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 각도의 크기는 상기 제 2 각도의 크기보다 크고, 상기 제 2 각도의 크기는 상기 제 3 각도의 크기보다 큰, 듀얼 아암 로봇.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 각도의 크기는 상기 제 1 각도의 크기의 절반이고, 상기 제 3 각도의 크기는 상기 제 2 각도의 크기의 절반인, 듀얼 아암 로봇.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 아암은 상기 제 2 아암과 반대 방향으로 연장하는, 듀얼 아암 로봇.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 구동 메커니즘이 상기 베이스에 관하여 제 1 각도만큼 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분을 회전시키는 경우, 상기 구동 메커니즘은, (i) 상기 제 2 아암의 상기 제 1 아암 부분에 관하여 제 2 각도만큼 상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분을 회전시키고, (ii) 상기 제 2 아암의 상기 제 2 아암 부분에 관해 제 3 각도만큼 상기 제 2 아암의 상기 단부 이펙터를 회전시키는, 듀얼 아암 로봇.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 각도의 크기는 상기 제 2 각도의 크기보다 크고, 상기 제 2 각도의 크기는 상기 제 3 각도의 크기보다 큰, 듀얼 아암 로봇.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 각도의 크기는 상기 제 1 각도의 크기의 절반이고, 상기 제 3 각도의 크기는 상기 제 2 각도의 크기의 절반인, 듀얼 아암 로봇.
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