KR20010030990A - 이중 오프셋 웨이퍼 지지부를 구비한 로봇 블레이드 - Google Patents

이중 오프셋 웨이퍼 지지부를 구비한 로봇 블레이드 Download PDF

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KR20010030990A
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아비 테프맨
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조셉 제이. 스위니
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Abstract

본 발명은 로봇 블레이드 및 처리 시스템을 통해 물체 즉, 기판을 전달하기 위해 로봇 블레이드를 이용하는 방법에 관한 것이다. 로봇 블레이드는 제 1 물체 지지면을 갖는 상부 플랫폼 및 제 2 물체 지지면을 갖는 하부 플랫폼을 포함하고 이다. 로봇 블레이드는 이동성 부재 상에 장착되며, 이는 처리 챔버 내에 처리된 기판의 제거 및 미처리된 기판의 삽입 등의 기판의 전달을 용이하게 한다.

Description

이중 오프셋 웨이퍼 지지부를 구비한 로봇 블레이드 {ROBOT BLADE WITH DUAL OFFSET WAFER SUPPORTS}
집적 회로의 제조시에 처리 시스템을 통해 기판을 전달하기 위해 로봇을 이용하는 잇점이 공지되어 있다. 현재에는 로딩 포오트로부터 기판을 다수 챔버 처리 시스템 내의 다양한 공정 챔버 내부로 이동시키기 위해 로봇 아암을 이용한다. 프로그 레그(frog-leg) 형태 및 단일 아암 형태를 포함한 다양한 로봇 아암 설계는 처리 챔버 내에서 현재 이용되고 있다. 일반적으로, 기판 지지면을 갖는 로봇 블레이드는 기판이 전달되는 중에 기판을 고정시키기 위해 로봇 아암의 단부에 부착된다. 로봇 아암은 특정 처리 챔버 또는 기판 전달 챔버로부터 기판을 회수하고 부가 처리를 위해 기판을 다른 챔버로 왕복 운동시킨다. 기판 처리가 완료될 때, 로봇 아암은 기판을 로딩 포오트로 반환시키고 다른 기판은 처리를 위해 로봇에 의해 시스템 내부로 이동된다. 일반적으로, 일부 기판은 각각의 처리 공정중에 전술한 방식으로 처리되며, 일부 기판은 단일 처리 사이클 중에 시스템을 통과한다.
다수의 챔버 공정 시스템에서, 각각의 챔버 내에서 기판을 동시에 처리함으로써 시스템의 기판 처리량을 증가시키는 것이 바람직하다. 다수의 챔버에서 이용되는 일반적인 기판 처리 순서는 공정 챔버로부터 기판을 제거하는 단계, 기판을 다음 처리 챔버로 이동시키는 단계, 또는 기판을 선택된 위치에 저장하는 단계, 및 새로운 기판을 저장 위치로부터 제 1 기판이 제거된 처리 챔버 내부로 이동시키는 단계를 포함한다. 로봇 이동 순서에서, 로봇 아암은 선택된 처리 챔버 내에서 기판을 간단히 교환하기 위해 반복적으로 회전, 연장 및 후퇴(retraction)를 통해 진행된다.
기판 처리의 효율을 증가시키기 위해서는, 동시에 두개의 기판을 처리하기 위한 성능을 갖는 로봇 아암이 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 1은 피봇(8) 둘레로 회전되는 지지부의 양 단부에 위치 부착된 로봇 블레이드(6)를 갖춘 두 세트의 캐리어 아암(4)을 포함하는 로봇(2)을 도시하고 있다. 한 기판은 하나의 아암의 블레이드(6) 상에 저장되는 동시에, 다른 아암 위에 위치된 블레이드(6)는 제 2 기판을 위치시키고 회수시키는데 이용된다. 처리된 기판이 하나의 아암에 의해 처리 챔버로부터 회수되면, 상기 아암은 180°로 회전하게 되며 저장된 기판은 처리 챔버 내부로 위치될 수 있다. 이러한 기구는 처리된 기판이 제거된 이후에 새로운 기판을 공정 챔버 내로 즉시 교체하지 못하는데, 이는 제 2 아암 상의 기판을 제 1 기판이 제거된 위치로 적재하기 위해 로봇이 180°회전되어야 하기 때문이다.
기판 전달과 관련된 챔버 유휴 시간을 감소시키고 처리량을 보다 증가시키기 위한 시도에서, 다른 로봇 배치는 처리 챔버로부터 제 1 기판을 제거시키고 새로운 기판을 동일한 처리 챔버 내부에 삽입시키기 위해 독립적으로 작동가능한 동축의 상부 및 하부 로봇을 포함한다. 상부 로봇은 반대의 단일 평면, 이중 블레이드 로봇과 비교하여 로봇 조립체의 증가된 기판 처리 용량 및 개선된 처리량을 얻기 위해 하부 로봇과는 별도로 작동한다. 상부 로봇은 일반적으로, 하부 로봇 위에 적층되며 두 로봇은 신속한 기판 전달을 허용하기 위해 동심으로 장착될 수 있다. 또 다른 로봇은 단일 블레이드 로봇 또는 이중 블레이드 로봇이다.
그러나, 두개의 로봇이 독립적인 작업을 수행하기 위해서는, 조립체는 x-y 평면 내에서 로봇 블레이드를 유도하기 위해 동일한 수의 구동 모터 및 적어도 4개의 자성 또는 기계식 연동 장치를 필요로 한다. 종래의 로봇 조립체와 비교하여, 이러한 이중 로봇 배열은 상당히 복잡하며, 조성 및 유지에 상당히 복잡하며, 전달 챔버 위 아래로 많은 공간을 필요로 한다. 더욱이, 이중 로봇 배열은 동일한 수의 로봇 이동을 요하는 각 세트의 로봇 아암에 의해 전체 길이의 스트로크를 요한다.
기판 전달과 관련된 챔버 유휴 시간을 감소시키고 처리량을 증가시키기 위한 또 다른 시도에서, 또 다른 로봇 배열은 하나의 블레이드의 후퇴 및 또 다른 블레이드의 연장과 동시에 대응 이동을 제공한다. 제 1 기판이 챔버로부터 이동되고 로봇 조립체가 제 2 기판을 챔버 내부로 삽입시키기 위해 회전되는 동안의 시간 주기중에 유휴하는 일반적인 처리 챔버와 비교할 때, 왕복 작업을 수행할 수 있는 이중 평면 로봇은 챔버가 작동하지 않는 시간량을 감소시킨다. 또한, 로봇이 챔버 외부로 제 1 기판을 전달하고 제 2 기판을 챔버 내부로 삽입하는 동안에 슬릿 밸브가 개방되어 있는 시간이 감소된다. 그 결과, 종래의 처리 챔버와 비교하여, 챔버 처리량은 증가되며 챔버 외부에 존재하는 입자의 시간 주기는 감소된다. 그러나, 상기 배열은 여전히 처리된 기판을 처리 챔버 외부로 전달하고 연속하여 새로운 기판을 처리 챔버 내부로 전달하기 위해 다수 세트의 로봇 아암, 및 다른 평면 상에 각각의 블레이드를 필요로 한다.
로봇 이동 수를 감소시키고 동시에 슬릿 밸브가 개방될 필요가 있는 시간량을 감소시킴으로써 제 1기판의 제거 및 제 2 기판의 삽입 중에 유휴 시간의 량을 감소시키는 최소 부품을 갖는 로봇이 요구된다. 또한, 슬릿 밸브 개구의 크기를 감소시키는 동시에 다수 평면 상에 기판을 전달할 수 있는 로봇이 요구된다.
본 발명은 집적 회로 기판의 제조시 물체를 전달하기 위한 장치에 관한 것이다. 보다 상세히 설명하면, 본 발명은 처리 시스템을 통해 기판을 전달하고 공정 챔버의 유휴 시간(idle time) 및 기판 전달을 위한 스트로크 수를 감소시키기 위한 로봇 블레이드에 관한 것이다.
도 1은 양 단부 상에 위치된 두 세트의 캐리어 아암을 갖춘 종래 기술인 로봇 조립체를 개략적으로 도시한 평면도.
도 2는 수축 및 연장 위치를 도시한 종래 기술인 로봇 블레이드를 갖는 로봇 아암 조립체를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 사시도.
도 4는 두개의 기판을 전달하는 로봇 블레이드를 도시한 본 발명의 일실시예를 도시한 평면도.
도 5a 내지 도 5d는 기판 전달중에 로봇 블레이드, 기판, 및 리프트 핀의 위치를 도시한 본 발명에 따른 측면도.
도 6은 본 발명의 로봇 블레이드를 갖춘 로봇을 포함한 다중 챔버 처리 시스템을 개략적으로 도시한 평면도.
본 발명은 이동가능한 부재에 부착가능한 로봇 블레이드를 포함하는 물체를 전달하기 위한 장치를 제공하고 있으며, 로봇 블레이드는 제 1 물체 지지면을 갖춘 상부 플랫폼 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 구비하고 있다. 바람직하게, 상부 플랫폼은 하부 플랫폼 보다 더 연장하며 제 1 물체 지지면이 제 2 물체 지지면으로부터 수평으로 오프셋되어 있다. 또한, 제 1 물체 지지면 및 제 2 물체 지지면은 바람직하게 평행면을 점유하고 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 제 1 물체 지지면을 갖춘 상부 플랫폼 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 포함하는 로봇 블레이드를 구비한 전달 챔버를 제공하고 있으며, 로봇 블레이드는 처리 챔버의 전달 챔버 내에 회전가능하고 신축가능한 로봇에 부착된다.
본 발명은 물체 전달 방법을 제공하고 있으며, 이동가능한 부재에 부착가능한 로봇 블레이드를 제공하는 단계로서, 로봇 블레이드는 제 1 지지면을 갖춘 상부 플랫폼 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 구비하고 있는 블레이드의 제공 단계와, 제 1 물체를 수용하기 위해 제 1 물체 지지면을 위치시키는 단계와, 그리고 제 2 물체를 전달하기 위해 제 2 물체 지지면을 위치시키는 단계를 포함한다. 바람직하게, 제 1 물체 지지면은 제 2 물체 지지면으로부터 측면으로 오프셋되어 있으며, 제 1 물체 지지면 및 제 2 물체 지지면은 바람직하게 평행면을 점유하고 있다. 본 발명은 제 1 기판의 제거 및 제 2 기판의 유휴 시간량을 감소시키고 동시에 로봇 이동의 수를 감소시킴으로써 슬릿 밸브가 이러한 순서중에 개방되어질 필요가 있는 시간량을 감소시키는 로봇 블레이드의 단일 삽입으로 기판의 전달 방법을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 전달 챔버, 전달 챔버에 연결된 다수의 공정 챔버, 전달 챔버 내의 로봇, 및 로봇에 부착된 로봇 블레이드를 포함하며, 로봇 블레이드는 제 1 물체 지지면을 갖춘 상부 플랫폼 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 포함한다.
본 발명은 다중 챔버 공정 시스템의 다양한 챔버를 통해 물체를 전달하는 방법을 제공하며, 하나 이상의 공정 챔버에 연결된 전달 챔버를 제공하는 단계, 로봇을 전달 챔버 내에 제공하는 단계, 로봇에 부착된 로봇 블레이드를 제공하는 단계, 블레이드를 제 1 챔버 내에 위치시키는 단계, 블레이드를 제 2 챔버 내에 위치시키는 단계, 및 블레이드를 제 2 챔버 외부로 후퇴시키는 단계를 포함하며, 로봇 블레이드는 제 1 물체 지지면을 갖춘 상부 플랫폼, 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 제 1 물체 지지면과 제 2 물체 지지면 사이로 교대로 셔틀 작업을 통해 물체 전달을 제공하며, 셔틀 작업을 챔버 내부로 단일 블레이드의 삽입을 통해 수행될 수 있다. 셔틀 작업은 무효 시간(dead time)을 감소시키고 산출량을 증가시키는 동시에 처리 챔버 내부로의 오염 가능성을 감소시킨다.
본 발명은 공정 챔버 사이에 물체를 전달하기 위한 로봇 조립체를 제공한다. 본 발명의 일실시예에서, 이중 기판 플랫폼을 갖춘 단일 로봇 블레이드가 제공되고 공정 챔버로부터 한 기판을 제거하여 새로운 기판을 상기 동일 챔버 내부로 도입되도록 회전가능한 신축성 기계식 연동 장치에 부착되어, 로봇 조립체의 180°회전 또는 다수 세트의 독립 로봇 아암 및 블레이드가 계속적인 수축 및 연장을 요하는 기판 전달과 관련된 챔버 유휴 시간을 감소시킨다. 기계식 연동장치는 프로그-레그 형태 및 단일 아암 형태의 조립체를 포함하는 공지된 형태 바람직하게 간략화된 기계식 연동 장치는 최소 이동 부품을 필요로 하며 복잡한 설비를 덜 필요로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 기판 왕복 작업을 수행하기 위한 기존의 슬릿 밸브 개구를 통해 이동가능한 이중 기판 플랫폼을 갖춘 로봇 블레이드를 이용하는 방법이 제공되어 있으며, 이러한 방법은 로봇 블레이드의 단일 삽입으로 챔버 내부로 기판을 전달시킴으로써 챔버 유휴 시간을 감소시키고 기판을 전달하기 위해 하나만의 삽입을 요구함으로써 기판의 전달 중에 슬릿 밸브 개구를 유지시키기 위해 필요한 시간을 감소시킨다.
도 2는 종래 기술의 로봇 블레이드가 부착된 로봇 아암 조립체를 개략적으로 도시하고 있으며, 블레이드의 수축 및 연장 위치를 나타내고 있다. "프로그-레그" 형태의 로봇은 공동축 둘레로 링을 회전시키기 위한 컴퓨터 제어식 구동 모터에 자기 결합된 두개의 동심 링(80,80')을 포함한다. 제 1 스트럿(81)은 제 1 자석 링(80)에 고정 부착되고 제 2 스트럿(82)은 제 2 자석 링(80')에 고정 부착된다. 제 3 스트럿(83)은 피봇(84)에 의해 스트럿(81)에 부착되고 피봇(85)에 의해 블레이드(86)에 의해 부착된다. 스트럿(81-83,87), 및 피봇(84,85,88,89)은 자석 링(80,80')에 블레이드(86)의 프로그-레그 형태의 연결부를 형성한다.
자석 링(80,80')이 동일 각 속도로 동일 방향으로 회전될 때 로봇(14)은 동일 속도로 동일 방향으로 축(x) 둘레로 회전한다. 자석 링(80,80')이 동일한 각 속도로 반대 방향으로 회전될 때, 조립체(14)의 회전은 없으며, 대신에 점선(81'-89')에 의해 도시된 위치로 블레이드(86)의 선형 방사상 이동이 존재한다.
블레이드(86)가 챔버로 기판을 전달하기 위해 처리 챔버의 벽(91) 내의 슬릿 밸브(90)를 통해 연장될 수 있는 블레이드(86) 상에 기판(35)이 적재되어져 있음이 도시되어져 있다. 로봇(74)은 바람직하게 회전 진공 시일에 대해 구동 로드의 회전 이동에 의해 초래되는 미립자 발생이 없는 잇점을 제공한다. 동일 속도에서 동일 방향으로 두개의 모터가 회전하는 형태는 한 챔버에서의 기판 교환에 적합한 위치로부터 다른 챔버에서의 기판 교환에 적합한 위치까지 로봇을 회전시키기 위해 이용될 수 있다. 두개의 모터가 동일 속도로 반대 방향으로 회전하는 형태는 상기 챔버 중의 하나의 챔버 내부로 블레이드를 연장하기 위해 이용되며 기판을 상기 챔버로 전달하는데 이용될 수 있다. 모터 회전의 또 다른 조합은 로봇이 축(x) 둘레로 회전됨에 따라 블레이드를 연장하거나 후퇴시키는데 이용될 수 있다.
회전축(x)으로부터 방사상으로 떨어져 향한 블레이드(86)를 유지하기 위해서는, 상호연결 기구는 각각의 피봇의 동일 및 반대 각 회전을 보장하기 위해 피봇 또는 캠(85,89) 사이에서 이용된다. 상호연결 기구는 도면에서 8개의 형태 또는 그 유사 형태 내에서 피봇 둘레로 당겨져 있는 상호연결된 기어 또는 스트랩을 포함한 다수 설계를 취하고 있다. 하나의 바람직한 상호연결 기구는 피봇(85,89) 상에 형성된 한 쌍의 상호연결된 기어(92,93)이다. 이러한 기어는 상기 기어들에 의해 미립자 발생을 최소화시키기 위해 헐겁게 연결되어 있다. 상기와 같이 헐거운 결합으로 인해 두개의 기어 사이에 존재하는 움직임을 제거하기 위해, 하 기어 상의 지점(95)과 다른 기어 상의 지점(96) 사이에서 스프링(94)이 연장될 수 있어서 기어 사이의 광 접촉이 발생될 때 까지 스프링 응력이 두 기어를 반대 방향으로 회전하게 한다.
도 2가 로봇 조립체에 부착된 단일 플랫폼의 로봇 블레이드를 도시하고 있으나, 본 발명에 따른 로봇 블레이드는 리벳 또는 너트 및 볼트 등의 일반적인 체결 방법을 통해 피봇(85,89)에 동일 방식으로 종래 기술의 블레이드 대신에 부착될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 로봇 블레이드는 처리 시스템에서 이용되는 기존의 로봇 블레이드 상에 쉽게 개조될 수 있다. 로봇은 바람직하게 기판 전달에 요구되는 위치를 정확하게 매칭시키기 위해 로봇 아암 연장 및 수축 및 로봇 회전을 변경시킬 수 있는 프로그램가능한 마이크로프로세서에 의해 제어된다.
도 3은 이중 오프셋 기판 지지면을 구비한 로봇을 도시하고 있는 사시도이다. 블레이드(10)는 상부 기판 지지면(22)을 갖춘 상부 플랫폼(20), 및 하부 기판 지지면(32)을 갖춘 하부 플랫폼(30)을 포함한다. 상부 기판 지지면 및 하부 기판 지지면은 바람직하게 평행하게 놓여져 있다. 상부 플랫폼(20)은 기판을 고정시키고 기판이 상부 플랫폼(20) 상에서 한 챔버로부터 다른 챔버까지 전달되는 동안에 기판 이동을 방지하기 위해 기판의 외주부를 부분적으로 아우트라인(outline)시키는 체결 릿지(24,26)를 포함하고 있다. 바람직하게, 체결 릿지(24,26)는 기판의 두께와 거의 동일한 높이로 상부 기판 지지면(22) 위로 연장한다. 유사하게, 하부 플랫폼(30)은 기판을 고정시키고 기판이 한 챔버로부터 다른 챔버까지 전달되는 동안에 기판 이동을 방지하기 위해 기판의 외주부을 부분적으로 아우트라인시키는 체결 릿지(34,36)를 포함한다. 바람직하게 상부 플랫폼(20) 및 하부 플랫폼(30)은 상기 플랫폼의 팁부에 리세스(28)를 포함하고 있어, 삼각 배열로 배치된 리프트 핀이 기판을 플랫폼 위로 상승 및 하강시키도록 기판에 접근한다. 4개의 리프트 핀 장방형 배치에서, 플랫폼이 핀 사이에서 이동할 수 있도록 리세스(28)는 플랫폼의 폭이 리프트 핀 사이의 거리보다 더 좁을 필요는 없다.
상부 플랫폼(20)의 하부와 체결 릿지(34,36)의 상부 사이의 수직 간극(D1)은 하부 기판 지지면(32)의 외부 및 위로 기판의 자유 이동을 허용하도록 제공된다. 바람직하게, 수직 간극 거리(D1)은 상부 플랫폼(20) 및 하부 플랫폼(30)의 두께와 함께 최소화되어, 블레이드(10)의 총괄 두께가 또한 작아진다. 블레이드(10)의 총괄 두께의 최소화는 처리 챔버 내의 슬릿 밸브 개구의 크기를 최소화시켜, 차례로 처리 챔버 내부로 도입되어질 오염 인자의 가능성을 감소시킨다.
도 4는 두개의 기판을 전달하는 로봇 블레이드(10)를 도시한 본 발명에 따른 일실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다. 하부 기판 지지면(32)은 상부 기판 지지면(22)으로부터 수평으로 오프셋되어 있어 일반 기판 처리 받침대 내에 위치된 리프트 핀(44)이 하부 기판 지지면(32) 상에 위치된 기판과 접촉하지 않고 상부 기판 지지면(22) 상으로 기판을 위치시킬 수 있다. 수평 오프셋 거리(D2)는 바람직하게 로봇 스트로크의 길이가 최소화되어, 그 결과 기판을 플랫폼(20,30)에 상기 플랫폼으로부터 기판으로 전달시키기 위해 블레이드(10)를 위치시키기에 요구되는 시간이 최소화된다. 도 4에 도시되어진 것처럼, 수평 오프셋 거리(D2)는 하부 기판 지지면(32)을 위치시킴으로써 바람직하게 최소화되어 하부 플랫폼 상에 위치된 기판(42)의 외주부 엣지가 상부 플랫폼이 상부 플랫폼(20) 상에 기판을 전달하기 위한 위치에 정렬되어 있을 때 연장된 리프트 핀(44)과 거의 접한다. 리프트 핀(44)의 배치는 요구되는 수평 오프셋을 최소화시키기 위해 배열가능하다. 예를 들어, 등변 삼각 리프트 핀 배열(예를 들어, 허상 등변 삼각형의 코너에 위치된 각각의 핀)은 장방형 리프트 핀 배열(즉, 허상 장방형의 코너에 위치된 각각의 핀) 보다 더 짧은 수평 오프셋을 필요로 한다. 이등변 삼각형의 리프트 핀 배열은 리프트 핀 배열이 기판 지지면 상에 기판을 상승시켜 위치시키는 기능을 제공하면 수평 오프셋을 감소시킬 수 있다.
기판 받침대(48)는 일반적으로 리프트 핀 배열에 대응하는 3개 이상의 수직 보어(46)를 포함한다. 각각의 수직 보어는 수직으로 미끄럼가능한 리프트 핀(44)을 포함하고 있다. 리프트 핀(44)이 물러선 위치에 있을 때, 각각의 리프트 핀(44)의 상부 팁부는 기판 받침대(48)의 표면의 상부면과 동일한 평면을 차지한다. 리프트 핀(44)은 리드 스크류에 결합된 스텝퍼 모터 등의 리프트 핀(44)에 연결된 (도시되지 않은) 구동 기구에 의해 챔버 내의 소정 위치로 연장되거나 또는 물러선다. 리드 스크류를 회전함으로써, 핀에 부착된 너트는 챔버 방향의 내부 및 외부 방향으로 이동될 수 있어, 핀을 이동시킨다. 그 결과, 소형 아치 형상의 단의 모터 이동은 소형 증분의 핀 이동으로 변환된다. 기판 받침대(48)는 수직 이동을 용이하게 하고 (도시되지 않은) 구동 기구에 바람직하게 연결된다.
로봇 블레이드(10)는 기판을 전달하는데 기능적으로 다양한데, 이는 처리 챔버로부터 처리된 기판을 상부 플랫폼(20) 또는 하부 플랫폼(30)중의 하나로 제거할 수 있기 때문이며, 이때 어느쪽이든지 기판에 의해 점유되지 않는다. 그러나, 처리 챔버 내의 리프트 핀(44)은 리프트 핀(44)이 제거를 위해 점유되지 않은 플랫폼에 대응하는 정확한 위치에서 처리된 기판을 위치시키도록 전달 작업에 대응하도록 프로그램밍되어야 한다. 로봇 블레이드(10)는 특정 시스템에서 이용되는 소정의 기판 전달안에 따라 기판을 전달하기 위해 상부 플랫폼(20)과 하부 플랫폼(30) 사이에서 변경되도록 한다. 리프트 핀(44)은 바람직하게 마이크로프로세서에 의해 제어되어 리프트 핀이 상부 플랫폼 앞뒤로 기판을 전달하기 위해 상부 플랫폼 보다 더 높은 제 1 위치, 및 하부 플랫폼 앞뒤로 기판을 전달하기 위해 상부 플랫폼과 하부 플랫폼 사이의 간극에 대응하는 제 2 위치로 연장될 수 있다. 또한, 상부 및 하부 플랫폼 사이의 공간(D1) 내에 기판의 이용에 이용가능한 좁은 차이로 인해 하부 플랫폼(30) 내외로 기판을 전달하는데 주의를 요한다. 리프트 핀(44)을 적절하게 위치시키는 것이 중요한데, 이는 기판이 전달을 위해 정확하게 리프트 핀에 의해 위치되지 않는다면 상부 또는 하부 플랫폼 중의 하나와 충돌할 수 있기 때문이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명에 따른 기판 전달중에 로봇 블레이드, 기판, 및 리프트 핀의 위치를 도시한 측면도이다. 아래에는 로드로크 챔버 내에 하나의 처리 챔버 및 기판 카세트 또는 다른 저장 구조물을 갖는 단일 처리 챔버 시스템 내에 기판을 전달하기 위한 본 발명의 로봇 블레이드(10)를 이용하는 바람직한 방법을 기술하고 있다. 로봇은 먼저 로드 로크 챔버 내의 기판 카세트로부터 처리되어질 처리 챔버 내부로 미처리된 기판을 이동시킨다. 기판 카세트는 일반적으로 각각의 기판의 제거 및 교체를 용이하게 하기 위해 각각의 기판 사이의 충분한 공간을 갖는 수직 스택으로 기판의 수를 고정시킨다. 기판 카세트는 로봇 블레이드 상으로 기판을 전달하기 위해 기판 카세트를 적절하게 정열시키기 위해 상향 및/또는 하향으로 색인을 올린다. 바람직하게, 미처리된 기판은 카세트의 바닥으로부터 순차적으로 이동되며, 처리된 기판은 카세트의 상부로부터 카세트로 순차적으로 반환된다. 제 1 미처리 기판을 이동시키기 위해서는, 로봇 블레이드(10)는 상부 기판 지지면(22)이 기판 카세트 내의 먼저 미처리된 기판 아래에 위치되도록 로드로크 챔버 내의 위치로 이동된다. 미처리된 기판(50)은 웨이퍼 카세트를 하향으로 색인을 올림으로써 상부 기판 지지면(22) 상에서 하강된다. 기판은 체결 릿지(24,26)에 의해 정위치에 고정된다. 선택적으로, 로봇 블레이드는 카세트 내의 위치로부터 웨이퍼를 상승시키기 위해 상향으로 이동할 수 있다. 로봇은 블레이드(10)를 로드로크 챔버 외부로 후퇴시키고 블레이드(10)가 처리 챔버의 슬릿 밸브에 유입하도록 위치되도록 회전된다(즉, 블레이드를 샤프트(8) 둘레로 아치형 통로로 통과시킨다). 슬릿 밸브는 개방되며, 로봇은 블레이드(10)를 처리 챔버 내부로 연장시키며 상부 기판 지지면(22) 및 제 1 미처리 기판이 기판 받침대 내에 위치된 기판 받침대(48) 및 리프트 핀(44) 위에 직접 놓여있게 된다. 리프트 핀(44)은 상향으로 연장하고 제 1 미처리 기판을 상부 기판 지지면(22) 위로 상승시키고, 블레이드(10)는 처리 챔버 외부로 물러선다. 슬릿 밸브는 리프트 핀(44)이 처리 준비를 위해 처리 챔버 내의 기판 받침대(48) 상의 제 1 미처리 기판을 하강시키기 위해 물러설때 차단된다.
기판이 처리되는 동안에, 로봇은 로드로크 챔버 내의 기판 카세트로부터 다음 미처리된 기판의 픽업을 위해 로봇 블레이드(10)를 정열시키기 위해 회전된다. 로봇은 기판 카세트 상에 또 다른 미처리된 기판 아래 상부 기판 지지면(22)을 위치시키기 위해 로봇 블레이드(10)를 로드로크 챔버 내부로 삽입시킨다. 미처리된 기판(50)은 상부 기판 지지면(22) 상에서 하강되며 체결 릿지(24,26)에 의해 정위치에 고정된다. 로봇은 블레이드(10)를 로드로크 챔버 외부로 물러서게 하고 블레이드(10)가 처리 챔버의 슬릿 밸브로 유입되도록 위치시키기 위해 회전된다.
제 1 기판을 처리한 후 즉시, 기판 챔버 내의 기판 받침대(48) 상의 리프트 핀(44)은 도 5a에 도시되어진 바와 같이 상부 플랫폼(20)과 하부 플랫폼(30) 사이의 거리(D1) 만큼 형성된 간극에 대응하는 제 1 높이 위치로 처리된 기판(52)을 상승시킨다. 선택적으로, 받침대는 기판을 받침대 외부로 위치시키기 위해 고정 부착된 핀으로 하향 이동될 수 있다. 도 5a를 참조하면, 처리된 기판(52)이 처리 챔버 내의 리프트 핀(44)에 의해 적정한 높이 위치로 이동된 후 즉시, 슬릿 밸브는 개방되고 로봇은 블레이드(10)를 처리 챔버 내부로 연장하며, 하부 기판 지지면(32)이 처리된 기판(52)을 이동시키기 위해 처리된 기판(52) 아래에 직접 위치되도록 한다. 도 5b를 참조하면, 리프트 핀(44)은 처리된 기판(52)이 하부 기판 지지면(32) 상에 위치되고 체결 릿지(34,36)에 의해 정위치에 고정되도록 물러선다. 로봇은 상부 기판 지지면(22) 및 미처리된 기판(50)을 기판 받침대(48) 및 리프트 핀(44) 위로 직접 위치시키기 위해 수평 오프셋 거리(D2)에 동일한 거리로 물러난다. 도 5c에 도시되어진 것과 같이, 리프트 핀(44)은 상향으로 연장하고 미처리된 기판(50)을 상부 기판 지지면(22) 및 블레이드(10) 위로 상승시킨다. 도 5d를 참조하면, 블레이드(10)는 처리 챔버 외부로 물러나며, 리프트 핀(44)이 완전히 물러나고 미처리된 기판(50)이 처리를 위해 처리 챔버 내의 기판 받침대(48) 상에 위치됨에 따라 슬릿 밸브를 차단된다.
이때, 로봇은 회전하며 카세트의 상부로부터 처리된 기판(52)을 기판 카세트 내부로 반환시킨다. 로봇은 기판 카세트가 다음 미처리된 기판을 픽업하도록 위치시키기 위해 이동되거나 다른 카세트/로드로크 챔버 또는 다른 챔버 내의 기판을 픽업하기 위해 회전된다. 이때, 로봇은 다음 미처리된 기판 하에서 로봇 블레이드를 연장시키며 기판 전달 단계를 반복한다.
본 발명은 처리된 기판을 외부로 이동시키고 미처리된 기판을 챔버 내부로 전달하는 동시에 로봇 아암의 하나의 연장부 및 두개의 수축부에 의해 기판 전달을 달성함으로써 처리 챔버의 유휴 시간을 상당히 감소시킨다. 전술한 방법은 리프트 핀의 위치를 적절하게 변경시킴으로서 상부 및 하부 플랫폼 사이에 택일적으로 적용될 수 있다. 본 발명은 또한 슬릿 밸브 크기를 최소화시킴으로써 처리 챔버 내부로의 오염인자의 도입 가능성 및 개방 유지되는 슬릿 밸브가 개방에 유지되는 요구 시간을 감소시키는 큰 잇점을 제공한다. 이는 슬릿 밸브가 단일 로봇 블레이드가 통과하는 통로를 필요로 하며, 처리되고 미처리된 기판의 교환에 단 하나의 입구를 필요로 하기 때문이다.
전술한 로봇 블레이드는 무효 시간을 감소시키고 처리량을 증가시키는 동안 기판 왕복 작업을 수행하기 위해 이용가능하다. 이러한 잇점을 달성하기 위해서는, 로봇 조립체는 하부 또는 상부 기판 지지면 상에 위치된 미처리 기판과 선택된 챔버와 정열하는 로봇 블레이드를 위치시키기 위해 회전한다. 로봇 블레이드는 선택된 챔버 및 기판 내부로 삽입되며 챔버로부터 이동되기 위해 채워지지 않은 기판 지지면 상에서 회수된 챔버 내에서 처리된다. 미처리된 기판은 챔버로부터 처리된 기판의 이동을 위해 블레이드의 동일 삽입시 챔버 내에 위치된다. 기판의 단일 삽입 왕복 전달은 미처리된 기판이 상부 플랫폼(20) 상에 놓여져 있거나 미처리된 기판이 하부 플랫폼(30)에 놓여져 있는 경우에 수평 오프셋 거리(D2) 만큼 블레이드의 수축으로 간단히 달성된다. 기판 왕복 작업이 수행되는 경우에는, 처리된 기판은 처리 시스템 내의 다른 위치로 이동될 수 있으며, 다른 기판은 시스템을 통해 전달하기 위해 물러설 수 있다.
현대 반도체 처리 시스템은 일반적으로 상당히 제어된 처리 환경으로부터 기판을 제거시키지 않고 일부 순차적인 처리 단계를 수행하기 위해 함께 처리 챔버의 수를 일체화시키는 클러스터 기구를 포함한다. 이러한 챔버는 예를 들어, 탈가스 챔버, 기판 예비처리 챔버, 쿨-다운 챔버, 전달 챔버, 화학 증착 챔버, 물리 증착 챔버, 및 에칭 챔버를 포함한다. 작업 조건 및 상기 챔버 등이 운영되는 변수와, 클러스터 기구 내의 챔버의 조합은 특정 공정 방법 및 공정 유동을 이용한 특정 구조물을 제조하기 위해 선택된다.
클러스터 기구가 임의의 공정 단계를 수행하기 위해 소정의 챔버 세트 및 보조 설비가 설치되어 있는 경우, 클러스터 기구는 일반적으로 동일한 일련의 챔버 또는 공정 단계를 통해 기판을 연속적으로 통과시킴으로서 다수의 기판을 처리한다. 공정 방법 및 순서는 클러스터 기구를 통해 각각의 기판의 처리를 모니터링하기 위해 마이크로프로세서 제어기 내부로 프로그램밍되어질 것이다. 기판의 전체 카세트가 클러스터 기구를 통해 연속적으로 처리되는 경우, 카세트는 차후 처리를 위해 화학 기계식 연마기 등의 또 다른 클러스터 기구로 통과된다.
도 6은 일체식 클러스터 기구(60)를 개략적으로 도시한 도면이다. 로봇(114)은 한 위치로부터 다른 위치로 기판(116)을 보다 신속하게 전달하기 위해 클러스터 기구의 제 1 전달 챔버(118) 내부에 포함될 수 있다. 기판(116)은 카세트 로드로크(112)를 통해 클러스터 기구(60)로 도입되고 회수된다. 본 발명에 따른 로봇 블레이드(10)를 구비한 로봇(114)은 예를 들어, 카세트 로드로크(112), 탈가스 웨이퍼 방위 챔버(120), 예비 정화 챔버(124), PVD TiN 챔버(122), 및 쿨-다운 챔버(122)등의 한 공정 챔버로부터 다른 공정 챔버에 이르기까지 기판을 전달하기 위해 클러스터 기구(60) 내에 위치된다, 로봇 블레이드(10)는 챔버(118) 내에서 자유롭게 회전하기 위해 수축된 위치로 도시되어 있다.
제 2 로봇(130)은 쿨-다운 챔버(126), PVD Ti 챔버(128), PVD TiN 챔버(130), CVD Al 챔버(132), 및 PVD AlCu 처리 팸버(134) 등의 다양한 챔버 사이에 기판을 전달하기 위해 제 2 전달 챔버(139) 내에 위치된다. 도 6에 도시된 챔버의 특정 배열은 단일 클러스터 기구 내에 CVD 및 PVD 공정이 가능한 집적 처리 시스템을 간단히 도시하고 있다. 바람직한 실시예에서, 마이크로프로세서 제어기는 기판이 전달될 때 로봇 블레이드가 상부 플랫폼과 하부 플랫폼 사이에서 변경되고 각각의 처리 챔버 내의 리프트 핀이 기판 전달에 대응하여 위치되도록 클러스터 기구 내의 제조 공정 순서, 상태, 및 로봇의 작동을 제어하기 위해 제공된다.
본 발명은 로봇 블레이드가 일반적으로 이용되는 단일 로봇, 이중 로봇, 이중 독립 로봇, 이중 블레이드 로봇, 및 다양한 로봇 배열 등으로 이용될 수 있다. 또한, 본문에 기술된 모든 이동은 로봇 블레이드, 리프트 핀, 및 받침대 등과 같이 물체의 위치에 관한 것이다. 따라서, 처리 시스템을 통해 소정의 기판 이동을 달성하기 위해 모든 부품 또는 일부 부품을 이동시키기 위해 본 발명에 의해 고려된다.
상기 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 본 기술 분야의 숙련된 당업자들은 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (24)

  1. 물체를 전달하기 위한 장치에 있어서,
    이동성 부재에 부착가능한 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드는 제 1 물체 지지면을 갖춘 상부 플랫폼, 및 제 2 물체 지지면을 갖춘 하부 플랫폼을 구비하고 있는 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면은 상기 제 2 물체 지지면과 실질적으로 평행한 평면을 점유하는 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면은 제 2 물체 지지면으로부터 수평으로 오프셋되어 있는 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면은 상기 제 1 물체 지지면의 반경과 직경 사이의 거리로 상기 제 2 물체 지지면으로부터 수평으로 오프셋되어 있는 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 블레이드에 부착된 신축성 부재를 더 포함하는 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 신축 부재에 부착된 회전성 부재를 더 포함하는 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 물체 지지면의 외주부를 부분적으로 아웃트라인시키는 체결 릿지를 더 포함하는 장치.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 체결 릿지는 기판 두께의 높이 둘레로 연장하는 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플랫폼은 상기 상부 플랫폼의 엣지에서 리세스를 포함하는 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플랫폼은 기판 두께보다 더 큰 거리로 상기 하부 플랫폼으로부터 수직으로 이격된 장치.
  11. 물체를 전달하기 위한 방법에 있어서,
    a) 적어도 제 1 물체 지지면 및 제 2 물체 지지면을 갖는 블레이드를 제공하는 단계,
    b) 제 1 물체를 수용하기 위해 상기 제 1 물체 지지면을 위치시키는 단계, 및
    c) 제 2 물체를 전달하기 위해 상기 제 2 물체 지지면을 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면은 상기 제 2 물체 지지면으로부터 수직 및 수평으로 오프셋되어 있는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면을 위치시키는 단계는
    i) 상기 제 1 물체 지지면을 제 1 물체 아래로 이동시키는 단계, 및
    ii) 상기 제 1 물체를 상기 제 1 물체 지지면 상으로 위치시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 물체 지지면을 위치시키는 단계는
    i) 제 2 물체를 갖춘 상기 제 2 물체 지지면을 이동시키는 단계, 및
    ii) 상기 제 2 물체 지지면으로부터 상기 제 2 물체를 제거시키는 단계를 포함하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    d) 상기 제 1 물체를 구비한 상기 제 1 물체 지지면을 이동시키는 단계, 및
    e) 상기 제 1 물체 지지면으로부터 상기 제 1 물체를 제거시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  15. 제 11항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면을 위치시키는 단계는
    i) 상기 제 1 물체 지지면을 제 1 챔버 내의 제 1 물체 아래로 위치시키는 단계, 및
    ii) 상기 제 1 물체를 상기 제 1 물체 지지면 상으로 위치시키는 단계를 포함하며,
    상기 제 2 물체 지지면을 위치시키는 단계는
    i) 제 2 물체를 갖춘 상기 제 2 물체 지지면을 상기 제 1 챔버 내부로 이동시키는 단계, 및
    ii) 상기 제 2 물체 지지면으로부터 상기 제 2 물체를 제거시키는 단계를 포함하며,
    d) 상기 제 1 물체를 갖는 상기 제 1 물체 지지면을 제 2 챔버 내부로 이동시키는 단계, 및
    e) 상기 제 1 물체를 상기 제 1 물체 지지면으로부터 이동시키는 단계를 더 포함하는 방법.
  16. 다중 챔버 공정 시스템에 있어서,
    a) 전달 챔버,
    b) 상기 전달 챔버에 연결된 다수의 공정 챔버,
    c) 상기 전달 챔버 내의 로봇, 및
    d) 상기 로봇에 부착된 로봇 블레이드를 포함하며,
    상기 로봇 블레이드는
    i) 제 1 물체 지지면을 갖는 상부 플랫폼, 및
    ii) 제 2 물체 지지면을 갖는 하부 플랫폼을 포함하며,
    상기 상부 플랫폼은 상기 하부 플랫폼으로부터 수직으로 이격되어 있는 다중 챔버 공정 시스템.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 물체 지지면은 상기 제 1 물체 지지면의 반경과 직경 사이의 거리로 상기 제 2 물체 지지면으로부터 수평으로 오프셋되어 있는 장치.
  18. 제 16항에 있어서, 상기 로봇은 신축가능하고 회전가능한 부재를 포함하는 장치.
  19. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 물체 지지면의 외주부를 부분적으로 아우트라인시키는 체결 릿지를 더 포함하는 장치.
  20. 제 16항에 있어서, 상기 상부 플랫폼은 상기 상부 플랫폼의 엣지에서 리세스를 포함하는 장치.
  21. 제 16항에 있어서, 상기 상부 플랫폼은 기판 두께보다 더 두꺼운 거리로 상기 하부 플랫폼으로부터 수직으로 이격된 장치.
  22. 적어도 하나의 공정 챔버 및 제 2 공정 챔버를 갖는 다중 챔버 시스템 내에서 기판을 전달하기 위한 방법에 있어서,
    a) 상기 제 1 및 제 2 공정 챔버에 연결된 전달 챔버를 제공하는 단계,
    b) 상기 전달 챔버 내에 로봇을 제공하는 단계,
    c) 상기 로봇에 부착된 블레이드를 제공하는 단계,
    d) 상기 제 1 챔버 내에 상기 블레이드를 위치시키는 단계,
    e) 상기 블레이드를 상기 제 1 챔버의 외부로 후퇴시키는 단계,
    f) 상기 블레이드를 상기 제 2 챔버 내에 위치시키는 단계, 및
    g) 상기 블레이드를 상기 제 2 챔버 밖으로 후퇴시키는 단계를 포함하며,
    상기 c) 단계는
    i) 제 1 기판 지지면을 갖는 상부 플랫폼, 및
    ii) 제 2 기판 지지면을 갖는 하부 플랫폼을 포함하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 상기 블레이드를 상기 제 1 챔버 내에 위치시키는 단계는
    i) 상기 제 1 기판 지지면을 상기 제 1 챔버 내의 제 1 기판 아래로 이동시키는 단계, 및
    ii) 상기 제 1 기판을 상기 제 1 기판 지지면 상에 위치시키는 단계를 포함하는 방법.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 블레이드를 상기 제 2 챔버 내에 위치시키는 단계는
    i) 상기 제 2 기판 지지면을 상기 제 2 챔버 내의 제 2 기판 아래로 이동시키는 단계,
    ⅱ) 상기 제 2 기판을 상기 제 2 기판 지지면 상에 위치시키는 단계,
    ⅲ) 상기 제 1 기판 지지면을 상기 제 2 챔버 내의 고정된 거리로 이동시키는 단계, 및
    ⅳ) 상기 제 1 기판을 상기 제 1 기판 지지면으로부터 제거시키는 단계를 포함하는 방법.
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