KR19980071313A - 기계식 클램핑 로봇 손목 - Google Patents

Abstract

본 발명은 증가된 속도, 가속도 및 감속도에서 실리콘 웨이퍼와 같은 소재를 전달할수 있는 로봇에 관한 것이다. 보다 구체적으로 설명하면 본 발명은 펼쳐질수 있는 로봇 팔의 소재 조작 부재에 기계식으로 소재를 연결시킬수 있는 로봇 손목에 관한 것이다. 웨이퍼 클램프가 상기 소재의 중심을 맞추고 상기 조작 부재가 빠른 회전 운동을 하는 동안 그리고 반경 방향으로 운동하는 동안 소재에 대해 미끄럼과 손상을 방지하도록 충분한 힘을 선택적으로 적용한다. 바람직한 일실예에 있어서, 실리콘 웨이퍼를 고정시키는 클램프가 입자 생성 및 웨이퍼 손상을 최소화하도록 웨이퍼를 위치시키고 유지하기 위해 2개의 독립적인 클램프 핑거를 사용한다. 이러한 클램프는 웨이퍼를 전달하고 픽업하기위해 웨이퍼 조작 부재가 충분히 펴져 있는 동안을 제외하고는 클램핑되도록 구성되어 있다.

Description

기계식 클램핑 로봇 손목

본 발명은 소재를 기계식 팔에 고정시키는 클램핑 장치, 더 상세하게는, 로봇 팔이 전달 챔버내에서 회전되도록 적어도 부분적으로 움츠려들 때 반도체 웨이퍼를 로봇 블레이드에 손상되지 않게 고정하고 중심에 위치시키는 클램프에 관한 것이다.

현대식 반도체 제조 장치는 고도하게 제어되는 처리 환경으로부터 기판을 제거하지 않고서 수개의 연속적 처리 단계를 수행하기 위해 다수의 처리 챔버를 일체화하여 구성한 클러스터(cluster) 도구를 구비하고 있다. 이들 챔버들로는, 예를들어, 탈가스 챔버, 기판 예비 조절 챔버, 냉각 챔버, 전달 챔버, 화학 증기 증착 챔버, 물리 증기 증착 챔버, 및 에칭 챔버를 들수 있다. 클러스터 도구로 챔버를 조합하는 것 뿐만아니라 챔버가 가동되는 조건 및 파라메터의 조정은 특정 공정 방법 및 공정 흐름을 사용하여 특정 구조물을 제조하도록 선택된다.

클러스터 도구가 필요한 챔버 셋트 및 특정 공정 단계를 수행하는 보조 장치를 구비하여 제공될 때, 클러스터 도구는 전형적으로 연속되어 있는 챔버를 통해 또는 공정 단계에 의해, 나란히 이들을 통과시킴에 의해 다수의 기판을 처리할 것이다. 처리 방법 및 순서는 클러스터 도구에 의해 각 기판의 처리를 조정, 제어 및 모니터하는 마이크로프로세서 제어기에 프로그램될 것이다. 웨이퍼의 전체 카셋트가 클러스터 도구를 통해 연속적으로 처리될 때, 상기 카셋트는 추가의 처리를 위해 화학 기계 연마기와 같은 단일 도구 또는 또 다른 클러스터 도구로 통과될 수도 있다.

각 공정 및 조작 단계에 필요한 시간 양은 단위 시간 당 기판의 처리량에 직접적인 영향을 미친다. 의도한 결과를 달성하기 위해 더 큰양의 시간을 필요로 하는 공정은 다중 챔버 또는 도구를 평행하게 조작할 필요가 있을수도 있다. 반면에, 소유 비용 및 조작 비용의 경제적인 고려함에 따라, 짧은 시간으로 완결되는 공정은 짧은 기간동안 공전시킬수도 있다. 그러나, 집적 회로 제조 장치와 같은 정확한 디자인은 복잡할수도 있지만, 제조품의 질, 조작 비용 또는 장치의 수명에 악영향을 미치지 않고서 전체 처리량을 최대화하는 것이 가능하도록 신속하게 각 단계를 실행하는 것이 가장 바람직하다. 하나의 전형적인 제조 장치는 본원에 참조된 1993년 2 월 16일자로 공고된 테프만(tepman)등의 단계화된 진공 웨이퍼 처리 장치 및 방법이란 명칭의 미국 특허 제 5,186,718호에 기술된 도 1에 도시된바와 같은 클러스터 도구이다.

클러스터 도구에서의 기판 처리량은 각 전달 챔버에 위치된 웨이퍼 조작 로봇의 속도를 증가시킴에 의해 개선될수 있다. 도 1의 로봇은 도 2에 더 상세하게 도시하였으며 본원에 참조된 1995년 11월 21일자로 공고된 2축 자기 연결 로봇이란 명칭의 미국 특허 제 5,4769,035호에도 기술되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자기 연결 로봇은 고정된 평면내에서 로봇 블레이드의 반경 방향 운동 및 회전 운동을 제공하도록 웨이퍼와 자기 클램프사이에서 개구리 다리 타입 연결부 또는 팔을 포함한다. 반경 방향 운동 및 회전 운동은 클러스터 도구내의 하나의 위치로부터 다른 위치로, 예컨데 하나의 챔버로부터 인접 챔버로 기판을 픽업하고, 전달하고 그리고 운반하기 위해 조정되거나 또는 조합될 수 있다.

로봇 속도 및 가속도가 증가할 때, 각 기판을 조작하고 그리고 각각이 기판을 그것의 다음 목적지로 운반하는데 소요되는 시간의 양은 감소된다. 그러나, 기판 또는 그위에 형성된 필름이 손상될 가능성에 대해 속도는 균형을 이루어야만 하는 것이 요구된다. 만약 로봇이 웨이퍼 블레이드를 매우 갑작스럽게 이동시킨다거나 또는 웨이퍼 블레이드를 매우 빠르게 회전시킨다면, 웨이퍼가 블레이드로부터 미끄러져서 웨이퍼 및 챔버 또는 로봇에 손상을 가할 가능성이 있다.

전형적으로 로봇 블레이드는 웨이퍼가 단부위에서 미끄러지는 것을 방지하도록 상향되어 연장되어 있는 웨이퍼 블레이드의 말단 단부상에 웨이퍼 브릿지(bridge)와 함께 제조된다. 그러나, 웨이퍼 브릿지는 블레이드의 측면 둘레로는 연장되지 않고 블레이드상에서 측방향으로(예컨데, 나란하게) 웨이퍼가 미끄러지는 것을 방지하도록 매우 작게 연장된다. 또한, 웨이퍼는 브릿지에 대해 항상 완전하게 위치되는 것은 아니다. 갑작스런 운동 또는 높은 회전 속도는 브릿지에 대해 웨이퍼를 급하게 움직이게 할수 있어서 웨이퍼에 손상을 가하거나 또는 웨이퍼가 브릿지위에서 및/또는 블레이드와 떨어져서 윗쪽으로 미끄러지게 할수도 있다.

웨이퍼의 바닥 표면과 웨이퍼 블레이드의 상단 표면사이에는 웨이퍼의 미끄러짐에 저항하는 특정양의 마찰이 존재한다. 그러나, 실리콘 웨이퍼의 바닥 표면은 매우 매끄럽고 그리고 전형적으로 스테인레스 강 또는 세라믹으로 제조된 웨이퍼 블레이드와는 낮은 마찰 계수를 갖는다. 또한 전형적인 웨이퍼는 매우 가벼워서 블레이드가 충분히 오므려든 위치에 있을지라도 마찰로 인한 전체 저항은 로봇이 빠른 속도로 회전하는동안 가해진 원심력에 의해 쉽게 초과해버린다. 그러나, 전형적으로 이 낮은 마찰 계수는 로봇이 회전하는 속도를 결정할때에 따라 좌우된다.

도 1은 웨이퍼를 조작하기위한 로봇을 갖추고 있는 클러스터 도구의 개략도.

도 2는 움츠리고 펴져있는 위치를 예시한 도 1의 로봇 팔 조립체의 개략도.

도 3은 본 발명의 손목 조립체에서 블레이드상에 웨이퍼를 클램핑하는 것을 도시한 도면.

도 4는 바닥 덮개 평판을 제거하여 손목 조립체의 바닥을 개략적으로 도시한 도면.

도 5-7은 클램프 장치가 거의 충분히 펴져서 어떻게 웨이퍼를 배출시키는지를 예시한 바닥 덮개 판을 제거한 손목 조립체의 바닥을 도시한 도면.

도 8 및 9는 다수의 웨이퍼 지지 부재를 갖추고 있는 웨이퍼 블레이드를 도시한 평면도 및 단면도.

도 10A는 도 9에 지시된 바와 같은 웨이퍼 블레이드와 웨이퍼 지지 부재를 부분적으로 확대하여 도시한 도면.

도 10B 및 10C는 도 10A의 웨이퍼 지지 부재 대신에 사용하던지 조합하여 사용할수도 있는 다른 웨이퍼 지지 부재를 부분적으로 도시한 단면도.

도 11 및 12는 웨이퍼를 지지하는 경사진 포켓을 갖추고 있는 웨이퍼 블레이드를 도시한 평면도 및 단면도.

도 13 및 14는 도 12에 지시된 경사진 포켓과 웨이퍼 블레이드의 말단 및 인접 단부를 부분적으로 도시한 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 장착잠금부 12 : 클러스터 도구

14 : 로봇 20 : 탈 가스 웨이퍼 배향 챔버

22 : PVD TiN 챔버 24 : 예비 세척 챔버

26 : 냉각 챔버 28 : 제 2 로봇

29 : 마이크로프로세서 제어기 30 : 전달 챔버

32 : 챔버 35 : 웨이퍼

80 : 제 1 자석 클램프 81 : 제 1 받침대

82 : 제 2 받침대 83 : 제 2 받침대

85, 89 : 캠 86 : 블레이드

102, 104 : 클램프 핑거 105 : 덮개 평판

106 : 브릿지 107 : 덮개 평판

118, 120 : 코그

이에따라, 본 발명의 목적은 증가된 속도 및 가속도 또는 감속도에서 웨이퍼를 전달할수 있는 로봇을 제공하는 것이다. 더 상세하게는, 빠른 회전 및 반경 방향의 운동을 하는 동안 미끄럼 및 웨이퍼 손상을 방지하도록 충분한 힘으로 웨이퍼를 고정시킬수 있는 로봇 용 웨이퍼 클램핑 장치를 제공하는 것이다. 클램핑 장치는 입자 생성 및 웨이퍼 손상을 최소화하거나 또는 없도록 하는 것이 바람직하다. 또한 클램프는 블레이드가 웨이퍼를 운반하거나 또는 픽업할 때 웨이퍼 블레이드를 충분하게 연장하는 동안을 제외하고는 웨이퍼를 자동적으로 결합할수있게 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 한쌍의 개구리 다리 형태 로봇 팔을 위한 클램프 손목을 제공한다. 클램프 손목은 각 로봇 팔의 말단 단부상에 형성되어 있는 캠을 포함하는데, 각 캠은 다른 기어 및 코그(cog)와 맞물리는 기어를 갖추고 있다. 베이스 판은 각 캠에 피봇하게 연결된다. 접촉 패드 및 움추림 립(lip)을 갖추고 있는 클램프 핑거는 베이스 판에 연결된 스프링과 같은 바이어싱 부재에 의해 소재에 압력을 가한다. 각 캠상의 코그는 움츠림 립과 결합하고 그리고 로봇 팔이 의도한 정도로 펼쳐지게 될 때 소재로부터 벗어나서 클램프 핑거를 당기도록 반경방향으로 위치된다. 이 움츠림 립은 립이 클램프 핑거가 소재로부터 움츠러드는 로봇 팔의 펼쳐짐의 정도를 변경시키도록 코그와 관련하여 운동될수 있도록 클램프 핑거에 조정가능하게 연결될수도 있다.

본 발명의 다른 실례는 로봇 팔의 말단 단부에서 로봇 소재 조작 부재에 웨이퍼를 고정하는 클램핑 장치를 제공하는 것이다. 클램핑 장치는 소재를 접촉시키도록 클램프 핑거를 구비한다. 클램프 핑거는 조작 부재의 인접 단부와 클램프 핑거사이에 연결된 바이어싱 부재에 의해 소재에 대해 압력을 가한다. 소재는 조작 부재의 말단 단부상에서 클램프 핑거와 보유 브릿지사이에서 보유된다. 견인기(retractor)는 조작 부재가 연장될 때 소재로부터 벗어나도록 클램프 핑거를 당긴다.

본 발명의 또 다른 실예에서, 제 1 축에 대해 공축으로 회전가능한 제 1 및 제 2 부재를 구비하고 있는 로봇이 제공된다. 또한, 로봇은 벽에 접촉하지 않고서 회전할수 있도록 벽에 제 1 측면상에 배치된 제 1 및 제 2 부재를 구동시키는 제 1 및 제 2 자기 드라이브를 구비하는데, 제 1 및 제 2 자기 드라이브는 제 1 및 제 2 부재를 회전시키도록 벽이 제 2 측면상에 배치된 제 1 및 제 2 드라이브 부분을 포함하고 있다. 제 1 및 제 2 팔은 제 1 및 제 2 부재의 회전이 로봇팔의 회전 대칭 축 및 회전 대칭 축으로부터 선형의 반경 방향의 연장부의 축 둘레로 로봇의 회전을 포함한 로봇의 2개의 독립 운동이 일어나도록 각각 제 1 및 제 2 부재에 연결된다. 이어서 제 1 및 제 2 지주는 제 1 및 제 2 팔 조립체를 형성하도록 각각 제 1 및 제 2 팔에 연결된다. 베이스 판은 이어서 제 1 및 제 2 팔 조립체에 연결되는데, 베이스 판은 소재에 대해 접촉 패드와 움츠림 립을 갖추고 있는 클램프 핑에 압력을 가하는 베이스 판에 연결된 바이어싱 부재와 소재 조작 부재를 갖추고 있다. 코그는 로봇 팔이 의도한 대로 펼쳐질때 움츠림 립과 결합하고 그리고 소재로부터 클램프 핑거가 벗어나서 당겨지도록 각 캠으로부터 연장된다. 캠은 제 1 및 제 2 팔 조립체를 웨이퍼 블레이드에 결합시키는 한쌍의 상호 맞물림 기어를 결합하는 것이 바람직하다.

본 발명은 일반적으로 증가된 속도 및 가속도 및 감속도에서 웨이퍼를 전달할수 있는 로봇을 제공한다. 더 상세하게는, 본 발명은 연장가능한 로봇 팔의 소재 조작 부재에 소재를 기계식으로 클램핑시키는 로봇 손목을 제공한다. 웨이퍼 클램프는 웨이퍼의 전달을 수행하면서 블레이드가 빠르게 회전하는 동안 및 반경 방향으로 운동하는 동안 웨이퍼 미끄럼 및 웨이퍼 손상을 방지하도록 충분한 힘을 선택적으로 적용한다. 하나의 실시예에서, 클램프는 입자 생성 및 웨이퍼 손상을 최소화하기 위해 웨이퍼를 위치시키고 유지하도록 2개의 독립적인 클램프 핑거를 사용한다. 이 클램프는 블레이드가 웨이퍼를 운반하거나 또는 픽업할 때 웨이퍼 블레이드를 충분히 연장하는 동안을 제외하고는 웨이퍼가 정상적으로 클램핑되도록 디자인된다.

본 발명의 클램프는 집적 회로 제조 공정에서 로봇과 결합하여 사용된다. 특히, 클램프는 하나의 위치로부터 다른 위치로 더욱 빠르게 전달하도록 클러스터 도구의 웨이퍼 조작 로봇에 결합될수 있다. 전형적인 개구리 다리타입의 로봇(도 2에 도시됨)은 공통 축 둘레로 링을 회전시키는 컴퓨터 제어 드라이브 모터에 자기 연결된 2개의 동심 링을 포함한다. 링으로부터 가장 먼 단부에는 제 2 받침대와 연결하는 피봇팅 결합부가 제공된다. 제 1 받침대로부터 가장 먼 제 2 받침대의 단부, 예컨데 말단 단부는 로봇 블레이드와 같은 공통의 단단한 부재에 피봇하게 연결된다.

본 발명의 손목 클램프는 상술한 바와 같이 로봇의 말단 단부에 위치되고 그리고 단지 웨이퍼의 외주 에지와 결합함에 의해 웨이퍼와 맞물리고, 중심을 위치시키고 그리고 고정하도록 바이어스된 한쌍의 독립적인 클램프 핑거를 구비한다. 로봇 팔이 웨이퍼가 블레이드로부터 제거되는데 필요한 예정된 반경 방향의 거리로 연장될 때만, 웨이퍼는 클램프 핑거로부터 배출된다. 바람직하게는, 이 클램프 핑거는 스프링, 예컨데 평행사변형 스프링에 의해 웨이퍼를 향해 바이어스된다. 로봇 아암이 연장되면서, 개구리 형 팔 받침대의 말단 단부에서의 피봇 또는 캠은 반대 방향으로 회전된다. 각각의 캠이 회전하여 그것으로부터 연장되는 코그가 클램프 핑거상에서 립과 맞물고 그리고 그것의 정상적으로 연장된 위치로부터 핑거를 유효하게 움츠려들도록 한다. 립은 입자를 생성할수 있는 코그와 립사이에서의 마찰을 방지하기 위해 코그와 결합하도록 면하는 롤러를 구비하는 것이 바람직하다. 로봇 팔이 움츠려들 때, 코그는 클램프 핑거와 맞물림이 풀려서 핑거가 연장된 위치로 복귀되게 한다. 이 방법으로는, 클램프는 스프링을 선택함에의해 결정할수 있는 힘으로 웨이퍼를 자동 기계식으로 클랭핑하는 것을 제공한다. 웨이퍼가 배출되는 반경 방향의 거리는 로봇 팔 의도한 정도로 펼쳐져서 코그에 의해 맞물리도록 클램프 핑거의 립을 재위치시킴에 의해 조정될 수 있다.

도 1에는, 전형적인 일체식 클러스터 도구(10)를 개략적으로 도시하였다. 기판은 카셋트 장착잠금부(12)를 통해 클러스터 도구(10)로 도입되고 클러스터 도구(10)으로부터 회수된다. 블레이드(17)를 갖추고 있는 로봇(14)은 하나의 공정 챔버로부터 다른 예를들어 카셋트 장착잠금부(12), 탈가스 웨이퍼 배향 챔버(20), 예비 세척 챔버(24), PVD TiN챔버(22) 및 냉각 챔버(26)로 기판을 전달하도록 클러스터 도구(10)내에 위치된다. 로봇 블레이드(17)는 챔버(18)내에서 자유롭게 회전되도록 되어 있는 움츠려든 위치로 예시하였다.

제 2 로봇(28)은 냉각 챔버(26), 예비 세척 챔버(24), CVD Al 챔버(84) 및 PVD AlCu 처리 챔버(88)와 같은 다양한 챔버사이에서 기판을 전달하도록 전달 챔버(30)내에 위치된다. 도 1의 챔버의 특정 배치는 단지 예시를 위해 도시한것으로서 단일 클러스터 도구로 CVD 및 PVD공정을 처리할수 있는 일체식 처리 장치를 포함한다. 본 발명의 바람직한 실례에서는, 제조 공정 순서, 클러스터 도구내의 조건 및 로봇(14, 28)의 조작을 제어하는 마이크로프로세서 제어기(29)가 제공된다.

도 2에는, 도 1의 자기 연결 로봇(14)의 움츠려있고 그리고 펴진 위치 모두를 개략적으로 도시하였다. 로봇은 제 1 자석 클램프(80)에 단단히 부착된 제 1 받침대(81) 및 제 2 자석 클램프(80')에 단단히 부착된 제 2 받침대(82)를 구비한다. 제 3 받침대(83)는 피봇(84)에 의해 받침대(81)에 부착되고 피봇(85)에 의해 웨이퍼 블레이드(86)에 부착된다. 제 4 받침대(87)는 피봇(88)에 의해 받침대(82)에 부착되고 피봇(89)에 의해 웨이퍼 블레이드(86)에 부착된다. 받침대(81-83, 87) 및 피봇(84, 85, 88, 89)의 구조물은 자석 클램프(80, 80')에 웨이퍼 블레이드(86)의 개구리 다리 타입의 연결부를 형성한다.

자석 클램프(80, 80')는 동일한 각 속도로 동일한 방향으로 회전될 때, 또한 로봇(14)은 동일한 속도로 동일한 방향으로 축χ 둘레로 회전한다. 자석 클램프(80, 80')가 동일한 절대 각속도로 반대 방향으로 회전될 때는, 조립체(14)는 회전되지 않지만, 대신 이점 쇄선으로 도시된 요소(81'-89')에 의해 예시된 위치로 웨이퍼 블레이드(86)로 선형으로 반경 방향으로 운동된다.

웨이퍼를 챔버(32)안으로 또는 밖으로 전달하기 위해 챔버(32)의 벽(91)내에서 웨이퍼 전달 슬롯(90)을 통해 웨이퍼 블레이드가 펼쳐질수 있는 것을 예시하기위해 웨이퍼(35)가 웨이퍼 블레이드(86)상에 장착되는 것을 도시하였다. 이 로봇은 로터리 진공 시일에 의해 미립자 생성이 없다는 장점을 제공한다. 양쪽 모터들이 동일한 속도에서 동일한 방향으로 회전되는 양태는 인접 챔버(12, 20, 22, 24, 26)(도 1)중 하나와 웨이퍼를 교환하기에 적정한 위치로부터 이들 챔버중 다른 챔버와 웨이퍼 교환하기에 적정한 위치로 로봇을 회전시키는데 사용될 수 있다. 양쪽 모터들이 반대 방향으로 동일한 속도로 회전되는 양태는 이들 챔버들 중 하나로 웨이퍼 블레이드를 펴고 이어서 챔버로부터 이것을 오므리는데 사용될수 있다. 달리 회전되는 모터를 조합하여 로봇이 축χ둘레로 회전되면서 웨이퍼 블레이드를 펴거나 또는 오므리는데 사용될수 있다.

웨이퍼 블레이드(86)를 회전 축χ으로부터 벗어나서 반경 방향으로 향하도록 유지하기 위해, 상호 잠금 장치가 피봇 또는 캠(85, 89)사이에서 사용되어 각각의 피봇이 동일하고 반대 각 회전을 하는 것을 보장한다. 상호 잠금 장치는 도 8의 패턴등으로 피봇 둘레로 당겨진 스트랩 또는 상호 맞물림 기어를 구비하는 많은 디자인이 고려될수도 있다. 하나의 바람직한 상호 잠금 장치는 피봇(85 및 89)상에 형성된 한쌍의 상호 맞물림 기어(92 및 93)이다. 이들 기어는 느슨하게 맞물려서 이들 기어에 의해 미립자가 생성되는 것을 최소화 한다. 이러한 느슨한 맞물림 때문에 이들 2개의 기어사이에서 생기는 놀림을 제거하기 위해서는, 위크(weak) 스프링(94)은 하나의 기어상의 지점(95)과 다른 기어상의 지점(96)사이에서 펼쳐질수도 있어서 스프링 응력이 이들 기어사이의 가벼운 접촉이 생성될까지 반대 방향으로 이들 2개의 기어를 가볍게 회전시키도록 한다.

도 3에는 본 발명의 손목 조립체(100)가 블레이드(86)상에서 웨이퍼(35)를 클램핑하는 것을 개략적으로 도시하였다. 클램프 핑거(102, 104)는 웨이퍼(35)의 외주와 맞물리도록 손목(100)의 상단 덮개 판(107)과 바닥 덮개 판(105)에 의해 형성된 하우징으로부터 펼쳐진 것이 도시되었다. 이 웨이퍼(85)는 한쌍의 스프링(110, 112)(도 4)에 의해 가해진 힘에 의해 핑거(102, 104)와 블레이드 브릿지(106)사이에서 단단히 고정된다.

도 4에는 손목 조립체(100)가 그 바닥 덮개 판이 제거된 체로 그 바닥을 개략적으로 도시하였다. 도 1 및 2의 표준 손목 부품이외에, 손목(100)은 상단 덮개 판(108)을 너머 뻗어있는 2개의 클램프 핑거(102, 104)를 구비한다. 핑거(102, 104)는 웨이퍼 에지를 결합시키는 위치로 외향되게 핑거를 바이어스 시키도록 본원에서 평행사변형 스프링으로 예시된바와 같은 스프링(110, 112)에 연결된다. 립 부재(114, 116)는 각각 핑거(102, 104)의 측면에 피봇(85, 89)에 인접해서 조정가능하게 연결된다. 립 부재는 각각 코그와 미립자를 생성할수 있는 립사이의 마찰을 방지하도록 코그에 면하는 롤러(115, 117)를 갖추고 있다.

피봇(85, 89)에는 코그가 받침대(83, 87)이 회전함에 따라 운동되도록 각각 피봇(85, 89)에 단단히 부착된 코그(118, 120)가 장치되어 있다. 로봇(14)이 펼쳐지는 동안, 받침대(83, 87)는 서로 가까워지게 된다. 피봇(85, 89) 및 코그(118, 120)상에서 대응 회전에 영향을 받게 된다. 로봇이 펼쳐지는 일부 지점에서는, 코그(118, 120)의 회전이 립(114, 116)을 맞물고 웨이퍼(35)로부터 클램프 핑거(102, 104)를 움츠리도록 하기에 충분하다.

코그가 립을 결합하고 웨이퍼를 배출하기 시작하는 정확한 지점은 핑거(102, 104)를 따른 지점에서 립(114, 116)을 위치시키고 고정함에 의해 조정된다. 이러한 조정은 웨이퍼가 반경 방향의 의도한 정도로 펼쳐져서 배출되도록 실행될 수 있다. 예를들어, 립은 다음의 단계에 따라 조정될수도 있다. 첫 번째로, 클램프 핑거에 립을 연결시키는데 사용되는 패스너를 느슨하게 한다. 두 번째로, 클램프 핑거가 웨이퍼의 대응 에지와 결합하고 그리고 웨이퍼를 클램핑시키도록 보유 브릿지(106)(참조 도 3)에 대해하나의 에지에 의해 로봇 블레이드상에 위치된다. 세 번째로, 블레이드는 웨이퍼를 배출시키는데 필요한 반경 방향의 거리로 펼쳐진다. 이 립은 코그에 대해 밀려 올려지고 클램프 핑거에 단단히 고정된다.

이와같이 클램프 손목을 조정하여, 클램프 핑거는 정상적으로는 클램핑된 위치에 있어서, 블레이드의 단지 반경 방향의 연장부가 이 지점을 너머서 웨이퍼를 배출시키도록 한다. 이 바이어싱 부재는 바람직하게는 평형사변형 스프링이지만, 또한 임의의 타입의 스프링, 탄성 부재, 압축 공기식 장치, 전자석 장치등일수도 있다. 바이어싱 부재를 용이하게 고정시키기 위해서는, 베이스 판은 캠에 피봇하게 연결되고 안정한 작업 표면을 제공한다. 베이스 판은 임의의 통상적인 타입으로 주어질수도 있지만, 바이어싱 부재를 조정할 필요가 없는 것이 바람직하다.

도 5-7도에는 반경방향으로 펼침 위치를 증가하는 경우 바닥 덮개 판(105)(참조 도 3)을 제거하여 블레이드(86) 및 손목 조립체의 바닥을 도시하였다. 도 5-7의 순서는 클램프 장치가 충분히 펴진 연장부 근처에서 웨이퍼를 어떻게 배출하는가를 예시하는데 유용하다. 도 5는 조립체가 회전될 때 충분히 움츠려져 있는 위치에서의 도 4의 손목(100)을 예시한 것이다. 중요한 것은 클램프 핑거(102, 104)는 웨이퍼(35)의 외주에 대해 결합되고 스프링(110, 112)이 웨이퍼 방향으로 핑거에 예정된 힘을 적용하도록 약간 휘어진다는 것이다. 2개의 클램프 핑거(102, 104)의 결합은 웨이퍼를 클램핑시킬 뿐만아니라 블레이드(86)상에 웨이퍼의 중심을 위치시킨다. 웨이퍼가 항상 중심에 두어지기 때문에, 조작 실수가 극미하고 아직까지는 사용되고 있지만 정교한 중심 탐색 장치는 사용할 필요가 없다. 또한, 중요한 것은 손목(100)이 충분히 움츠려있을 때, 코그(118, 120)과 립(114, 116)사이의 인접 거리가 최대이다.

도 6은 충분히 움츠려져 있는 위치와 충분히 펴져있는 위치사이의 중간에 블레이드(86) 및 손목 조립체(100)를 도시한 것이다. 이에따라, 피봇(85, 89)은 코그(118, 120)가 립(114, 116)에 접근되도록 회전되어진다. 그러나, 클램프 핑거(102, 104)는 아직 움츠려져 있지 않으며 계속해서 웨이퍼(35)를 맞물어서 고정한다.

도 7은 거의 충분히 펴진 위치에서 클램프가 배출되는 위치로 펼쳐진 블레이드(86)와 손목 조립체(100)를 도시한 것이다. 이 웨이퍼는 코그(118, 120)가 립(114, 116)과 맞물리고 그리고 코그(118, 120)가 웨이퍼 에지로부터 벗어나서 클램프 핑거(102, 104)를 당기면서 웨이퍼는 피봇(85, 89)이 연속적으로 회전할 때 배출된다. 중요한 것은 클램프 핑거와 웨이퍼 에지사이의 갭(128, 130)이 웨이퍼를 처리 챔버(도시되지 않음)의 리프트 핀과 같은 다른 장치에 의해 블레이드에 의해 리프팅된다는 것이다. 또한 중요한 것은 도 5 또는 6에서 보다 스프링(110, 112)이 추가로 배치된다는 것이다.

도 8 및 9는 다수의 웨이퍼 지지 부재(140)를 갖추고 있는 웨이퍼 블레이드(86)의 평면도를 도시한 것이다. 웨이퍼 지지 부재(140)는 웨이퍼 블레이드(86)에 연결되거나 또는 일체식으로 형성되어 있으며 그리고 웨이퍼의 바닥 표면이 웨이퍼 블레이드(86)의 상단 표면(144)과 접촉되는 것을 방지하도록 웨이퍼 블레이드(86)의 상단 표면(142)위에서 충분한 거리로 상향되어 연장되는 웨이퍼 접촉 표면(142)을 갖추고 있다. 이 방법에서, 웨이퍼 지지 부재(140)는 웨이퍼(35)의 바닥 표면이 접촉되어 문질러지는 정도를 감소시켜서, 입자 생성 또는 웨이퍼 손상의 가능성 또는 정도를 감소시킨다. 입자 생성 또는 웨이퍼 손상을 최소화하는 것이 바람직하지만, 이러한 점의 중요성은 웨이퍼의 바닥 표면이 금과 같은 것으로 피복되는 분야에서 높아지고 있다.

웨이퍼는 3개 정도의 웨이퍼 지지 부재(140)상에서 지지될수 있지만, 웨이퍼 블레이드(8)가 적어도 4개의 웨이퍼 지지 부재(140)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 일반적으로 바람직한 것은 웨이퍼가 클램핑될 때 추가의 안정성이 제공되지만, 그위에 수용된 웨이퍼(35)에 안정성을 제공하는데 실제적인 정도로 충분히 큰 거리로 전개되는 것이다. 클램핑 핑거(102, 104)가 웨이퍼에 맞물릴 때, 웨이퍼는 핑거와 블레이드 브릿지(106)사이에 고정된다. 처음에 웨이퍼가 로봇 블레이드(86)상에 위치되어 웨이퍼 에지와 블레이드 브릿지(106)사이에 작은 갭이 생긴다면, 이에따라 클램프 핑거(102, 104)의 맞물림부는 이것이 블레이드 브릿지(106)로 이동될때까지 웨이퍼를 밀어낼 것이다. 로봇 블레이드(86)와 관련하여 웨이퍼가 운동하는 동안 웨이퍼의 바닥 표면은 지지 부재(140)의 상단 표면(142)과 함께 마찰력에 직면하게 된다. 그러나, 큰 표면적위에 웨이퍼를 접촉시키는 통상적인 지지 부재와 달리, 본 발명의 지지 부재는 이들사이의 접촉 및 마찰 정도를 감소시키거나 또는 최소화시키고 그리고 이에따라 웨이퍼 손상 또는 입자 생성을 감소시키거나 또는 제거한다. 이에따라, 본 발명의 지지 부재는 블레이드가 운동하는 동안 웨이퍼를 마찰력으로 블레이드상에 웨이퍼를 유지시키는 통상적인 비 클램핑 로봇은 유용하지 않다. 본 발명의 지지 부재(140)는 마찰을 제공하여 실행하는 것이 아니고 웨이퍼 바닥에 대한 마찰 및 손상을 감소시킨다. 본 발명의 클램핑 작용은 블레이드가 운동하는 동안 블레이드상에 웨이퍼를 제위치에 유지시키게 한다.

지지 부재(140)는 임의의 재료로 제조될수도 있지만, 일반적으로는 공정 환경에서 부식되고, 웨이퍼와 접촉하여 침식 또는 입자를 생성하고 그리고 웨이퍼 표면에 손상을 입히지 않는 재료를 선택하는 것이 바람직하다. 지지 부재로 사용하기에 바람직한 재료는 알루미나, 지르코니아, 실리콘 질화물 및 실리콘 탄화물을 들 수 있다. 또한 지지 부재는 세라믹 피복물을 갖추고 있는 기계 가공된 금속 부품으로 제조될수도 있다.

도 10A는 도 9의 웨이퍼 블레이드(86) 및 웨이퍼 지지 부재(140)의 확대 단면도이다. 도 10A의 지지 부재는 도 9에 도시된 바와 같이 회전될수 있는 볼 베어링을 도시하였다. 베어링은 회전 또는 롤링이 자유롭기 때문에, 부재(140)과 웨이퍼(35)사이의 마찰 정도는 더 감소되거나 또는 제거될수도 있다.

도 10B 및 10C는 도 10A의 웨이퍼 지지 부재(140) 대신에 사용될수도 있거나 또는 조합하여 될 수 있는 다른 웨이퍼 지지 부재(150, 152)의 부분 단면도이다. 도 10B의 지지 부재(150)는 블레이드(86)의 홀내에 단단히 수용된 기둥 및 웨이퍼(35)와 접촉하는 상단 표면(142)을 형성하는 반구형 버튼(154)을 포함한다. 도 10C의 지지 부재(152)는 상단 표면(142)이 블레이드(86)의 상단 표면(144) 위로 약간 뻗어있도록 블레이드(86)의 홀에 단단히 고정되는 볼 또는 구(sphere)이다. 도 10A, 10B, 및 10C등에 도시된 바와 같은 각 디자인은 웨이퍼(35)용 지지체를 제공하기 위해 단독으로 또는 조합하여 사용될수도 있다.

도 11 및 도 12는 웨이퍼를 지지하는 경사진 포켓을 갖추고 있는 웨이퍼 블레이드의 상단 단면도이다. 경사진 포켓은 웨이퍼의 바닥 외주 에지를 따라 웨이퍼(35)를 지지하는 대향되어 안쪽으로 경사져 있는 한쌍의 표면(160, 162)을 포함한다.

도 13 및 14는 도 12에 지시된 바와 같은 웨이퍼 블레이드 및 경사진 포켓의 말단 단부 및 인접 단부의 부분 단면도이다. 경사 표면(160, 162)은 다양한 각도로 경사질수도 있지만, 표면(160, 162)은 블레이드(86)의 수평면에 대해 5 내지 30도인 각α를 형성하는 것이 바람직하다. 가장 바람직한 각α은 웨이퍼(35)의 하부 에지를 따라 표면(166)을 형성하는 경사각과 실질적으로 동일하다. 전형적으로 7 내지 10 도인 표면(166)의 정확한 각은 3 내지 6밀리미터인 외부 영역의 크기에 의해 영향을 받는다.

바람직한 각도를 제공함에 의해, 웨이퍼 에지와 표면(160, 162)사이의 마찰 정도는 낮아지고 그리고 클램프 핑거(104)에 의해 웨이퍼(35)에 적용된 수평힘은 웨이퍼가 블레이드 브릿지(106)에 대해 놓여질때까지 화살표(164)의 방향으로 웨이퍼 에지를 용이하게 밀어낼수 있다. 또한 경사진 표면(160, 162)이 본원에 기술된 지지 부재의 다른 타입과 조합하여 사용될수 도 있다는 것을 인식하여야 한다. 예를들어 블레이드 브릿지(106)에 인접해 있는 경사 표면(160)과 클램프 핑거(102, 104)에 인접해 있는 한쌍의 버튼(150)을 조합하는 것이 가능하다.

전술한 것은 본 발명의 바람직한 실시예에 관해 기술한것이지만, 본원의 범위내에서 본 발명의 다른 추가의 실시예가 고안될수도 있다. 본 발명의 범위는 다음 청구 범위에 의해 결정된다.

본 발명에 의해 제공된 로봇에 의해 입자 생성 및 웨이퍼 손상을 최소화하거나 또는 없도록 증가된 속도 및 가속도 또는 감속도에서 웨이퍼를 전달할수 있다.

Claims (26)

1. 한쌍의 로봇 팔용 클램프 손목에 있어서,

   a) 말단 단부상에 각각 캠이 형성되어 있는 한쌍의 받침대로서, 각각의 상기 캠이 다른 캠의 기어 부분과 서로 맞물리는 기어 부분 및 코그를 갖추고 있는 한쌍의 받침대와,

   b) 각각의 상기 캠에 피봇식으로 연결되어 있는 기초 평판과,

   c) 접촉 패드와 움츠림 립을 갖추고 있는 클램프 핑거와, 그리고

   d) 소재에 대해 상기 클램프 핑거를 밀어내도록 상기 기초 평판에 연결되어 있는 바이어싱 부재를 포함하고 있으며,

   각각의 상기 코그는 캠상에서 반경 방향으로 위치되어 상기 움츠림 립과 맞물리고, 상기 로봇 팔이 소정의 크기로 연장될 때 상기 클램프 핑거를 상기 소재로부터 멀어지게 당겨주도록 구성되어 있는 클램프 손목.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 바이어싱 부재가 스프링인 클램프 손목.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 바이어싱 부재가 박스 스프링인 클램프 손목.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 움츠림 립이 상기 클램프 핑거에 조정가능하게 연결되어 있으며, 상기 립이 상기 코그와 연관되어 이동될수도 있어서 상기 클램프 핑거가 소재로부터 움츠려들 정도로 로봇 팔의 펴짐을 변경하도록 되어 있는 클램프 손목.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 움츠림 립이 롤러를 구비하고 그리고 상기 코그가 상기 롤러와 맞물리는 클램프 손목.
6. 로봇 팔의 말단 단부에 연결되어 있고 상기 말단 단부에 소재 수용 부재와 유지 부재를 갖추고 있는 소재 조작 부재에 소재를 고정시키는 클램핑 장치로서,

   a) 상기 소재와 접촉하는 클램프 핑거와,

   b) 상기 소재에 대해 상기 클램프 핑거를 밀어내도록 상기 조작 부재의 인접 단부와 상기 클램프 핑거사이에 연결되어 있는 바이어싱 부재와, 그리고

   c) 상기 조작 부재가 펴져 있을 때 상기 소재로부터 상기 클램프 핑거를 멀어지게 당겨주도록 상기 로봇 팔에 연결되어 있는 견인기를 포함하고 있는 클램핑 장치.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 바이어싱 부재가 스프링인 클램핑 장치.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 소재가 웨이퍼이고 상기 조작 부재가 웨이퍼 블레이드인 클램핑 장치.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 견인기가 상기 로봇 팔과 상기 조작 부재사이에서 상대적으로 각 회전하여 맞물리는 클램핑 장치.
10. 로봇 팔 조립체에 있어서,

    a) 캠이 형성되어 있는 말단 단부를 갖추고 있고, 상기 캠이 다른 기어와 서로 맞물리는 기어 및 코그를 갖추고 있는 한쌍의 개구리 다리 타입의 로봇 팔과,

    b) 각각의 상기 캠에 피봇식으로 연결되어 있는 기초 평판과,

    c) 접촉 패드와 움츠림 립을 갖추고 있는 클램프 핑거와, 그리고

    d) 소재에 대해 상기 클램프 핑거를 밀어내도록 상기 기초 평판에 연결되어 있는 바이어싱 부재를 포함하고 있으며,

    각각의 상기 코그가 상기 캠상에서 반경 방향으로 위치되어 상기 움츠림 립과 맞물리고, 상기 로봇 팔이 소정의 크기로 연장될 때 클램프 핑거를 상기 소재로부터 멀어지게 당겨주도록 구성되어 있는 로봇 팔 조립체.
11. 소재를 전달하도록 한쌍의 개구리 다리 타입의 팔을 갖추고 있는 로봇 팔 조립체로서, 각각의 상기 팔이 공통의 기초 판과 블레이드에 피봇하게 연결되어 있는 캠을 형성하고 있는 말단 단부를 갖추고 있으며, 각각의 상기 캠이 다른 기어와 서로 맞물리는 기어를 갖추고 있는 로봇 팔 조립체에 있어서,

    a) 접촉 패드와 움츠림 립을 갖추고 있는 클램프 핑거와,

    b) 상기 소재에 대해 상기 클램프 핑거를 밀어내도록 상기 기초 판에 연결되어 있는 바이어싱 부재와, 그리고

    c) 상기 움츠림 립과 맞물리고 상기 로봇 팔이 소정의 크기로 연장될 때 상기 소재로부터 클램프 핑거를 멀어지게 당겨주도록 상기 캠상에서 반경 방향으로 펼쳐지는 코그를 포함하고 있는 로봇 팔 조립체.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 움츠림 립이 롤러를 구비하고 있는 로봇 팔 조립체.
13. 제 11 항에 있어서, 상기 바이어싱 부재가 스프링인 로봇 팔 조립체.
14. a) 제 1 축 둘레로 공축으로 회전될수 있는 제 1 및 제 2 부재와,

    b) 벽에 접촉하지 않고 회전될수 있도록 상기 벽의 제 1 측면상에 배치되어 있는 상기 제 1 부재를 구동시키고, 상기 제 1 부재를 회전시키도록 상기 벽의 제 2 측면상에 배치되어 있는 제 1 드라이브 부분을 갖추고 있는 제 1 자기 드라이브와,

    c) 벽에 접촉하지 않고 회전될수 있도록 상기 벽의 제 1 측면상에 배치되어 있는 상기 제 2 부재를 구동시키고, 상기 제 2 부재를 회전시키도록 상기 벽의 제 2 측면상에 배치되어 있는 제 2 드라이브 부분을 갖추고 있는 제 2 자기 드라이브와,

    d) 제 1 팔 및 제 2 팔로서, 이것은 상기 제 1 부재와 제 2 부재에 연결되어 있어서 상기 제 1 부재와 상기 제 2 부재가 회전하여 각각 상기 제 1 및 제 2 팔을 회전시켜서 회전 대칭 축둘레로 로봇을 회전시키고 그리고 상기 회전 축으로부터 로봇 팔이 선형으로 반경 방향으로 펼쳐지도록 하는 2개의 독립적인 운동이 생기도록 하는 구조로 되어 있는 제 1 팔 및 제 2 팔과,

    e) 제 1 및 제 2 조립체를 형성하도록 각각 상기 제 1 및 제 2 팔에 연결되어 있는 제 1 및 제 2 받침대와,

    f) 상기 제 1 및 제 2 팔 조립체에 연결되어 있는 기초 평판과,

    g) 상기 기초 평판에 연결되어 있는 소재 조작 부재와,

    h) 접촉 패드와 움츠림 립을 갖추고 있는 클램프 핑거와,

    i) 상기 클램프 핑거를 상기 소재에 대해 밀어내도록 상기 기초 판에 연결되어 있는 바이어싱 부재와, 그리고

    j) 상기 움츠림 립과 맞물리고 상기 로봇 팔이 의도한 정도로 펼쳐지게 될 때 상기 소재로부터 클램프 핑거가 벗어나게 당기도록 상기 캠상에서 반경 방향으로 펼쳐지는 코그를 포함하고 있는 로봇.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 제 1 팔 조립체와 상기 제 2 팔 조립체사이에서 맞물려있는 한쌍의 상호 맞물림 기어를 추가로 포함하고 있는 로봇.
16. 제 14 항에 있어서, 동일 방향 및 반대 방향으로 회전을 보장하도록 상기 캠들사이에서 맞물려있는 스트랩을 더 포함하고 있는 로봇.
17. 제 14 항에 있어서, 동일 방향의 제 1 팔 및 제 2 팔의 회전 운동을 2개의 독립적인 운동 중 하나의 운동으로 전환하고 그리고 다른 방향의 제 1 팔 및 제 2 팔의 회전 운동을 2개의 독립적인 운동 중 다른 운동으로 전환하는 로봇.
18. 제 14 항에 있어서, 상기 바이어싱 부재가 스프링인 로봇.
19. 제 14 항에 있어서, 상기 움츠림 립이 상기 클램프 핑거에 조정가능하게 연결되어 있고, 상기 립이 상기 클램프 핑거가 소재로부터 움츠려들 정도로 로봇 팔의 펴짐을 변경하도록 코그와 연관되어 이동될수도 있는 로봇.
20. 제 14 항에 있어서, 상기 소재가 웨이퍼이고 상기 조작 부재가 웨이퍼 블레이드인 로봇.
21. 로봇 팔의 말단 단부상에 웨이퍼 조작 블레이드를 사용하여 소재를 전달하는 방법으로서,

    a) 펴진 로봇 팔의 웨이퍼 조작 블레이드상에 소재를 배치하는 단계와,

    b) 상기 로봇 팔을 움츠리는 단계와,

    c) 상기 로봇 팔과 상기 웨이퍼 조작 블레이드사이에서 주어진 양으로 상대 운동하여 웨이퍼 조작 블레이드에 상기 소재를 기계식으로 클램핑하는 단계와,

    d) 상기 로봇 아암을 펼치는 단계와, 그리고

    e) 상기 소재의 클램핑을 해체하는 단계를 포함하고 있는 방법.
22. 제 21 항에 있어서, 상기 소재를 기계식으로 클램핑하는 단계가 상기 웨이퍼 조작 블레이드의 소재의 중심을 위치시키는 단계를 더 포함하는 방법.
23. 제 21 항에 있어서, f) 상기 소재를 클램핑하는 동안 상기 로봇을 회전시키는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
24. 제 21 항에 있어서, f) 상기 소재를 클램핑하는 동안 상기 로봇의 속도를 증가시키는 단계를 더 포함하고 있는 방법.
25. 제 21 항에 있어서, 상기 블레이드를 움츠리는 단계가 상기 웨이퍼 조작 블레이드와 관련하여 로봇 팔이 회전하도록 하는 방법.
26. 제 21 항에 있어서, 상기 소재를 기계식으로 클램핑하는 단계가 상기 소재의 에지에 대해 클램핑 부재를 바이어싱시키는 단계를 포함하고 있는 방법.