KR20010071806A - 지능형 웨이퍼 파지 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

경질이지만 유연성이 있는 디스크, 특히 반도체 웨이퍼를 파지하는 시스템은 웨이퍼의 양면에 대해 처리할 수 있다. 웨이퍼의 에지를 탐지하고, 웨이퍼 위치를 확인하며 웨이퍼의 크기를 결정하는 데 광 빔을 사용한다. 웨이퍼 파지 조립체는 웨이퍼 바로 아래에서, 또는 평행하게 적층되지만 일정한 간격으로 배치되는 웨이퍼의 사이에서 미끄러지게 되어 있으며, 하나 이상의 핑거가 경질인 파지 조립체 부재의 평면에 수직한 위치로 90。 회전된다. 상기 파지 조립체는 이 파지 조립체의 표면에 수직하게 위치되는 하나 이상의 포스트를 또한 구비한다. 핑거(들)와 포스트(들)는 웨이퍼가 이들 사이에서 파지되는 삼각형의 코너를 형성하는 3개의 수직 돌출부로 구성되어 있다. 병진 솔레노이드는 암을 통해, 상기 핑거와 포스트를 병진 솔레노이드의 두 개의 다른 고정 핑거 또는 포스트(들) 쪽으로 이동시키는 식으로, 하나의 핑거 또는 포스트의 측방향 위치를 제어하며, 상기 고정 포스트와 이동 가능한 핑거의 사이에서 견인력을 제어하는 상태로 상기 웨이퍼를 파지한다. 상기 견인력은 상기 병진 솔레노이드에 인가되는 가동 에너지의 양에 의해 제어된다. 마찬가지로, 본 발명의 웨이퍼 파지 시스템의 장치를 이용하는 방법이 교시되어 있다.

Description

지능형 웨이퍼 파지 시스템 및 방법{INTELLIGENT WAFER HANDLING SYSTEM AND METHOD}
본 출원은 1998년 7월 10일자로 출원된 미국 특허 출원 제09/113,857호의 일부 계속 출원이다.
반도체 웨이퍼는 복잡한 다단계 공정을 거쳐 제조된다. 이 웨이퍼로부터 얻어지는 정교한 집적 회로형 전자 칩은 보통 100 단계 이상을 수반하는 공정을 거친다. 이러한 많은 단계에서 칩을 매우 정확하게 위치 조정할 필요가 있는데, 왜냐하면 칩을 제조하는 데 사용되는 서브미크론 범위의 제조기술이 철저한 에러 검사를 수반하기 때문이다. 또한, 처리 전의 웨이퍼는 매우 고가이며, 처리 전의 웨이퍼는 처리 후에 값이 훨씬 더 비싸진다. 그러므로, 관련 웨이퍼를 처리하고 파지하는 강화된 제어 방법의 필요성이 강력히 요구된다.
그 결과로, 집적 회로의 제조에 필요한 높은 제조율은 개개의 회로가 배치되는 웨이퍼가 신속히 일괄처리 방식으로 처리될 것을 필요로 한다. 처리될 전형적인 웨이퍼의 직경은 약 4인치 내지 약 12인치 범위에 있다. 일반적으로, 상기 웨이퍼는 수직 방향으로 조밀하게 적층된 상태로 카세트 또는 캐디(caddies) 안에서 처리하도록 내장되어 있다.
일반적으로, 웨이퍼 처리에는 하우징 카세트로부터 각 대상 웨이퍼의 취출 및 상기 웨이퍼를 이용하는 처리 장치로의 로딩을 개별적으로 수반하며, 그 다음으로 처리된 웨이퍼를 카세트 또는 캐리어로 복귀시킨다. 수납 카세트는 첫 번째의 카세트와 다를 수 있으며, 웨이퍼, 일반적으로 실리콘의 취성은 또 다른 제약 조건을 야기한다. 이처럼 다양한 크기의 웨이퍼를 취출하고, 처리하며 재배치함에 따라 웨이퍼를 처리하는 보다 효율적인 장치 및 방법에 대한 지속적인 요구가 생겨났다. 더욱이, 웨이퍼는 취성 재료로 형성될 뿐만 아니라 두께가 얇기 때문에, 파지 장치에 의해 웨이퍼에 가해지는 압력은 치명적일 수 있으며, 이 파지 압력은 파지 중에 웨이퍼가 떨어지는 것을 방지하도록 이 웨이퍼를 확실히 견고하게 파지하는 것을 보장하면서 고가의 웨이퍼의 휨, 균열 또는 치핑을 최소화하도록 주의깊게 제어되어야 한다.
1992년 4월 14일자로 허여된 미국 특허 제5,105,147호{"카라시코프(Karasikov)" 등}의 웨이퍼 검사 시스템(WAFER INSPECTION SYSTEM)은 기존 기술의 적어도 한 가지 양상의 전형적인 예이다. 상기 웨이퍼 검사 시스템은 실리콘 웨이퍼 상의 인쇄 회로를 반자동식으로 검사하는 것에 관한 것이다. 웨이퍼를 정렬하고 위치 조정하는 정밀 광 스캐너를 비롯한 로봇 팔 작동식 광 검사 장치 및 부상식 테이블의 결합체가 카라시코프 특허 문헌에 언급되어 있다.
카라시코프는 웨이퍼 주변의 좁은 영역에 진공을 가함으로써 해당 웨이퍼를 취출한다. 카라시코프 특허 문헌의 메커니즘은 본 발명의 교시에 의해 개선되는 많은 처리 에러를 야기하는 문제에 관심을 집중시킨다.
마찬가지로, 1996년 4월 2일자로 허여된 미국 특허 제5,504,345호{"바투넥(Bartunek)" 등}에는 이중빔 센서와 에지 탐지 시스템 및 방법이 기재되어 있다. 두 개의 광원 또는 고체 레이저는 해당 웨이퍼의 에지를 탐지하는 데 이용된다. 바투넥 특허 문헌은 레이저가 예를 들면, 웨이퍼 또는 광 디스크의 반사 표면을 탐지하는 데 이용될 수 있다는 것을 사실상 보여준다.
웨이퍼를 파지하는 다른 공지된 시스템은 마찬가지로 웨이퍼를 위치 설정하는 수단 또는 웨이퍼를 파지하는 반자동 수단의 개선을 제기하고 있다. 단일 시스템 내에서 상기 두 기능의 성능을 동시에 개선할 수 있다는 것은 매우 유익할 것이다. 진공을 기초로 한 기술에 결함이 없다면, 레이저를 사용하는 것은 많은 지속적인 문제를 해결할 것이다.
예로서, 현재의 기술은 흔히 로봇 팔에 장착되는 진공 척을 이용하여 카세트 안에서 개개의 웨이퍼를 취출하거나 교환하게 한다. 각 카세트와 이 카세트 내의 각 웨이퍼의 위치가 다르기 때문에, 일부 기준면에 대한 세 개의 좌표 평면("X,Y 및 Z) 내에서의 각 디스크의 위치 정보를 웨이퍼 파지 로봇을 제어하는 소프트웨어구동 시스템에 입력해야 한다.
기존의 방법에서는 각 디스크의 위치를 기계적으로 측정하고 이어서, 상기 이용되는 소프트웨어 구동 시스템에 데이터를 수작업으로 입력할 필요가 있다. 이 방법은 사용자가 에러를 범할 가능성이 매우 높아서 추가적으로 제한되는 시간 소모적인 과정이다. 공지된 카세트와 카세트 홀더 사이에는 상당한 차이가 있어서, 일반적으로, 사용되는 카세트마다 보정(calibration)이 필요하다.
더욱이, 이러한 제약 조건은 예를 들면, 반이동식 처리 시스템에서, 이 시스템 중의 임의의 부분을 재배치하면, 새로운 보정을 필요로 한다는 사실에 의해 복잡해진다.
종래의 진공 척은 처리 단계에서의 해로운 인위적인 결과를 야기하며 이러한 인위적인 결과에 의해 산업 효율이 저하될 수 있다. 사용되는 진공 척에 어떤 비틀림이 생기면 공기의 누출로 인해 고장을 야기할 수 있다. 상기 진공 척은 두께가 얇아야 하고 공기가 통해야 하기 때문에, 이들 척은 제작하기가 어렵고 값이 비싸다. 더욱이, 웨이퍼는 표면이 파지되기 때문에, 이 웨이퍼는 고속 처리에 필수적인 높은 가속도 상태에서 미끄러지기 쉽다. 디스크와 로봇 팔과의 오정렬로 인해 시스템이 고장날 수 있다. 로봇 팔 그 자체에 의해 디스크 표면이 오염되면 경보 주파수가 발생한다.
마찬가지로, 반도체 웨이퍼의 양면을 처리하는 방법에 대한 뚜렷한 요구가 있다. 앞서 열거된 제약 조건을 실제로 다루는 종래 기술 중의 소수의 특허 문헌에 이와 관련된 문제의 해결에 관한 다양한 시도 및 처리 중의 웨이퍼를 파지하는 방법이 예시되어 있다. 종래 기술의 수준에서는 예를 들면, 본 발명에 의해 교시된 개선의 필요성이 분명히 있다.
웨이퍼를 들어올리는 다른 방법은 기계식 그리퍼를 사용하는 것인데, 1996년 11월 5일자로 허여된 미국 특허 제5,570,920호{"크리스맨(Crisman)" 등}에서는 로봇 핑거를 가동하기 위해 DC 모터를 이용하는 내용이 기재되어 있다. 본 발명의 교시와는 달리, 상기 로봇 핑거의 내표면 위에서 스트레인 게이지(171,173,175)가 파지 압력을 감지하는 데 사용되며, 이 스트레인 게이지가 작동하면, 상기 DC 모터가 정지된다.
또 다른 예로서, 1995년 6월 13일자로 허여된 미국 특허 제5,435,133호{"야수하라(Yasuhara)" 등}에는 위치 조정 신호에 기초하여 로봇 핑거를 구동하는 서보 모터를 이용하는 내용이 기재되어 있다. 그러나, 파지력을 나타내거나 제어하는 센서는 전혀 밝혀지지 않았다. 마찬가지로, 웨이퍼 파지부의 복잡한 부착/분리 사항은 야수하라의 명세서에서의 관심사항이었으며, 이러한 점에서 상기 특허는 본 발명의 교시와 구별된다.
추가로, 1995년 1월 3일자로 허여된 미국 특허 제5,378,033호{"구오(Guo)" 등}에는 파지 대상물에 대해 균일한 힘을 인가하도록, 관련된 모든 기계식 핑거에 대해 단일 구동 메커니즘을 이용하는 내용이 기재되어 있다. 상기 구오 특허는 순수한 기계식 로봇 파지부 또는 인공 보철 파지부를 교시하고 있다. 그러나, 상기 구동 메커니즘을 제어하는 방법은 분명하지 않았으며, 이러한 점에서 상기 구오 특허는 본 발명의 교시와 구별된다.
1994년 1월 25일자로 허여된 미국 특허 제5,280,981호{"슐츠(Schulz)" 등}에는 부하 응답성 2단 속도 구동 조립체 및 슬립 클러치를 사용하는 내용이 기재되어 있다(9 칼럼, 63 라인 내지 10 칼럼, 28 라인 참조). 특히, 상기 슐츠 특허의 디지트 작동 메커니즘은 전류에 직접 비례하는 소정의 힘이 사용되는 솔레노이드 또는 전류 발생 수단 중의 어느 것도 사용하지 않는 것을 고려하고 있다.
1992년 2월 23일자로 허여된 미국 특허 제5,188,501호{"토미타(Tomita)" 등}는 웨이퍼 운반 시스템에 관한 것으로서, 이 웨이퍼 운반 시스템은 웨이퍼의 아래에서 선회하여 웨이퍼를 들어올리는 리프팅 플랫폼의 역할을 하는 한 세트의 클로(claws)를 사용한다. 따라서, 상기 토미타 특허는 이 웨이퍼 운반 시스템이 파지력을 인가하기보다는 웨이퍼를 안치시키는 상승력을 발생시키는 식으로 작동하기 때문에 본 발명의 교시와 다르다.
1992년 12월 22일자로 허여된 미국 특허 제5,172,951호{"자콥센(Jacobsen)"}는 인장 감지 또는 제어 방법을 기재하고 있는 것으로 보이지는 않는다. 상기 특허의 로봇 파지 장치(ROBOTIC GRASPING APPARATUS)는 3개의 자유도를 갖고 작동하지만, 본 발명의 목적하는 바와 같은 웨이퍼 친화적 사용 기술을 기재하지 않고 있다.
1992년 4월 4일자로 허여된 미국 특허 제5,108,140호{"바돌렛(Bartholet)"}에는 상부 표면에 접촉 센서 또는 다른 센서를 구비하는 팜 플레이트(palm plate) 및 그리퍼를 포함하는 내용이 기재되어 있는데, 상기 센서는 페이로드(payload)의 위치를 탐지하거나 제어 메커니즘에 입력값을 제공한다(5 칼럼. 20 라인 내지 37라인). 그립과 같은 평행한 바이스가 제공되지만 파지력을 탐지하거나 제어하는 어떤 수단도 제공되지 않은 것으로 보인다.
마찬가지로, "울리치(Ulrich)" 에게 허여된 미국 특허 제5,501,49호(1996. 3. 26)와, 또 허여된 미국 특허 제4,957,320호(1990. 9. 18)에는 각각 로봇 핑거와 팜 플레이트의 손바닥 모양 표면에 배치되는 접촉 센서(200,210)를 사용하는 내용이 기재되어 있다.
1982년 9월 28일자로 허여된 미국 특허 제4,354,553호{"로베타(Rovetta)" 등}에는 3개의 핑거 파지 시스템을 기재하고 있는데, 로봇 핑거에 의해 가해지는 힘이 로봇 핑거의 내표면을 따라서 견인 케이블(42,43,44)에 의해 보충되어, 상기 로봇 핑거에 가해지는 인장력에 의해 로봇 핑거가 내측으로 선회함으로써, 파지 대상물을 견고하게 파지한다. 로베타 특허의 도 6에 도시된, 인장 케이블에 부착된 센서(84,85,86)가 인장 케이블에 가해지는 인장력을 감지하며, 이러한 점에서 상기 로베타 특허는 본 발명의 교시와 차별된다.
끝으로, 허여된 미국 특허 제4,654,793호{"귀노트(Guinot)"}에는 스트레인 게이지(26,28)를 핑거에 합체하는 내용이 기재되어 있다.
따라서, 종래의 기술 중에 어느 것도 본 발명에 의해 개선되는 지속적인 문제를 충분히 다루지 못했기 때문에, 이러한 문제에 대처하도록 지능형 집적 회로 웨이퍼 파지 시스템이 제공된다.
본 발명은 집적 회로 웨이퍼와 같은 경질이지만 유연성이 있는 재료 및 이와 유사한 재료로 형성되는 디스크형 평판(flat sheets)을 파지하고 국소 운반하기 위한 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 지능형 집적 회로 웨이퍼를 위치 설정하고 파지하는 시스템 및 대상 웨이퍼의 양측면을 선택적으로 위치 조정하고 처리하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 웨이퍼 파지 조립체의 제1 예의 사시도.
도 2a, 도2b 및 도 2c는 3가지의 다른 위치에서 회전 핑거를 보여주는 도 1의 부분 확대된 상세도.
도 3은 고정 압력 포스트 중의 하나를 보여주는 도 1의 부분 확대된 상세도.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 로봇 웨이퍼 파지 조립체로서, 핑거 액추에이터 로드, 핑거 병진 솔레노이드 및 핑거 회전 솔레노이드를 보여주는 저면 사시도.
도 5는 로봇 웨이퍼 파지 조립체의 상부에 재배치되는 특정 구성 요소와 함께 본 발명의 실시예에 따른 이 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 보여주는 변용 예의 측면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 보여주며, 또한 웨이퍼가 배치됨에 따라서 이 웨이퍼 밑에 있는 구조체를 보여주는 도 5의 실시예의 평면도.
도 7은 패들이 투명한 재질인 경우에, 전술되고 주장된 각 요소가 상기 패들의 위와 아래에서 상호 작용하는 상태를 보여주는 본 발명의 실시예에 따른 로봇 웨이퍼 파지 조립체의 개략 사시도.
도 8은 캐리어 안의 일련의 웨이퍼의 개략 사시도.
도 9는 두 개의 회전 핑거 및 하나의 이동 가능한 포스트와 함께 또 다른 실시예를 보여주는 평면도.
도 10은 도 9의 실시예의 측면도.
도 11은 유연성이 있는 회전 액추에이터 로드와 함께 도 9의 실시예의 변용 예의 평면도.
따라서, 본 발명의 목적은 칩 파지 장치 및 그 방법에 대한 종래 기술의 결점을 극복하는 시스템을 제공하는 것이다.
간단하게 설명하면, 경질이지만 유연성이 있는 디스크, 특히 반도체 웨이퍼를 파지하는 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 웨이퍼의 양면에 대해 처리할 수 있다. 웨이퍼의 에지를 탐지하고 웨이퍼의 위치를 확인하기 위해 광 빔이 사용된다. 위치 조정을 위해 다른 로봇 시스템에 플러그식으로 접속되는 독특한 로봇 웨이퍼 파지 조립체에 의한 파지 기술이 교시되어 있다. 경질의 웨이퍼 파지 조립체 부재에는 이 조립체 부재의 길이를 따라 중앙식으로 또는 일정한 간격을 두고 배치되는 하나 이상의 액추에이터 로드가 구비된다. 상기 웨이퍼 파지 조립체 부재가 웨이퍼의 바로 아래에서 또는 평행하게 일정한 간격을 두고 적층된 웨이퍼의 사이에서 미끄러짐에 따라, 취출 위치에서 움직이기 시작하는 하나 이상의 회전 핑거가 90。로 회전되어 상기 조립체 부재의 에지로부터 일정한 간격으로 떨어진다. 소정의 팔을 통해 작동하는 병진 솔레노이드가 웨이퍼를 파지하도록 로봇 핑거 또는 별개의 포스트를 측방향으로 이동시킨다. 회전 솔레노이드(109)는 핑거를 90。 회전시킨다. 이 결합체는 외형의 높이를 낮추게 되며, 상기 웨이퍼 파지 조립체 부재는 도 8에 도시된 바와 같이, 트레이 안에 일정한 간격을 두고 적층된 웨이퍼들 사이에서 상부 웨이퍼의 바로 아래에 삽입되거나 180。 회전되어 처리 장치 안에 있는 웨이퍼를 픽업할 수 있다. 웨이퍼의 바로 아래에, 그 위에 또는 웨이퍼의 측면을 따라 위치하면, 로봇 핑거는 회전 솔레노이드에 의해 수직 위치로 회전된다. 상기 실시예에 따르면, 병진 솔레노이드에 의해 로봇 핑거를 잡아당기거나 포스트를 밀며, 이 포스트(들)와 이동 가능한 핑거(들)의 사이에서 제어된 견인력에 의해 상기웨이퍼를 파지한다. 본 발명의 지능형 웨이퍼 파지 시스템의 장치를 사용하는 방법이 교시되어 있다.
도 8에 개략적으로 도시된 바와 같이, 상기 웨이퍼는 일반적으로 트레이 안에서 운반된다. 트레이(150)의 다른 다양한 실시예에서, 원형 웨이퍼는 트레이의 측부 및/또는 트레이의 바닥과 접촉할 수 있거나 이에 안착될 수 있다. 더 자세하게는, 웨이퍼가 트레이(150) 안에 안착될 때 웨이퍼의 최저점은 트레이 바닥의 중앙의 한 지점과 접촉할 수 있다(도 9 참조). 변용 트레이 설계에 있어서, 웨이퍼는 단지 트레이의 측부와 접촉할 수 있으며 따라서 웨이퍼의 바닥이 트레이의 바닥으로부터 일정한 간격으로 떨어진다. 또 다른 변용으로서, 트레이의 바닥에는 이 바닥의 길이를 따라 개구부가 마련될 수 있다. 웨이퍼가 트레이(150)의 바닥으로부터 충분히 일정한 간격으로 떨어지거나 트레이의 바닥에 개구부 공간이 있는 경우, 중앙에 배치되는 회전 가능한 핑거를 구비하는 도 1 내지 도 8의 웨이퍼 파지 시스템을 사용할 수 있다. 그러나, 웨이퍼가 트레이의 중심선을 따라 트레이(150)의 바닥과 접촉하는 경우, 상기 회전 가능한 핑거는 도 9 내지 도 11 및 더 자세하게는 도 9의 실시예에서 도시한 바와 같이 파지 시스템의 전측 에지(124)의 중심으로부터 일정한 간격으로 떨어져야 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 웨이퍼 및 이와 유사한 기판 매체를 파지하는 시스템이 제공되는데, 이 시스템은 파지 조립체, 파지될 상기 기판 매체를 파지, 운반 및 복귀시키는 수단 및 적어도 원하는 순차 작동을 프로그래밍하고 수행하는 제어 수단의 조합체를 포함한다. 이런 시스템은 파지될 기판 매체의 국부적인 위치및 배향을 탐지하는 별개의 또는 일체화된 광학 수단을 포함할 수도 있다.
상기 시스템은 웨이퍼의 크기 또는 일치, 이동 핑거의 운동과 위치 조정의 순차적인 제어 및 이 시스템에 의해 파지되는 웨이퍼 위에 배치되는 인장 부재를 결정하는 컴퓨터에 기초한 식별 보정 및 제어 수단과 결합하는 광 탐지 수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 웨이퍼 표면의 완전성을 손상시키지 않으면서 웨이퍼를 파지하는 방법 및 이와 관련된 콤팩트한 플래이너 장치(planar devices)를 제공한다. 상기 방법은,
a) 고정될 수 있거나 이동 가능한 적어도 하나 이상의 포스트, 회전 핑거 및 광 감지 수단을 구비하고, 위치 조정을 위해 다른 로봇 시스템에 부착되는 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 제공하는 단계,
b) 다수의 웨이퍼의 상대 위치와 배향에 관한 다수의 데이터를 판독하는 단계,
c) 상기 로봇 웨이퍼의 중앙부에 배치되는 액추에이터 로드를 사용하여 웨이퍼를 파지하는 단계,
d) 상기 포스트(들) 및 상기 핑거(들)의 사이에서 웨이퍼를 잠그는 단계,
e) 상기 웨이퍼를 처리하기 위해 이 웨이퍼를 원하는 위치로 운반하는 단계,
f) 상기 웨이퍼를 원하는 위치로 취출시키는 단계, 그리고
g) 후속하는 웨이퍼에 대해 상기 각 단계를 반복하는 단계
를 포함한다.
첨부 도면과 함께 취해진 이하의 상세한 설명을 참조로 하여, 본 발명의 전술한 특징과 다른 특징 및 이 특징을 달성하는 방법을 보다 명백하게 잘 이해할 수 있을 것이다. 상기 도면은 단지 본 발명의 전형적인 실시예를 보여주는 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 상기 도면은 본 발명을 구체화하고 상세하게 하는데 도움을 준다.
본 발명은 첨부된 청구범위 내에서 한정되며, 다음의 바람직한 실시예에 기술되어 있다.
평평하고, 경질이지만 유연성이 있는 디스크, 예를 들면 반도체 웨이퍼를 파지하는 소정의 시스템이 개시되어 있는데, 이 시스템은 파지되는 웨이퍼의 양면에 대해 처리를 할 수 있다. 이 시스템은 웨이퍼 에지를 탐지하고, 그 결과로서 웨이퍼 위치를 탐지하기 위해 광 빔을 사용할 수 있다. 이 시스템은 또한 파지 수단에 의해 가해지는 압력을 제어하기 위해 소정의 수단을 합체한다. 따라서, 독특한 로봇 파지부는 파지부의 장축 주위로 360。 회전하거나, 손목을 구부리거나 손 또는 팔을 회전시키는 것과 거의 동일하게 상하로 각운동을 하는 식으로 웨이퍼를 파지한다. 파지부는 이 파지부가 위치 조정 로봇에 플러그식으로 접속하거나 그렇지 않으면 이 조정 로봇에 부착되는 구조이다.
마찬가지로, 상기 시스템은 모든 위치 조정 기능을 제어하기 위해 현 기술 수준의 로봇을 사용한다. 이는 전문화된 전자 기술뿐만 아니라 컴퓨터 기술을 포함한다. 상기 시스템을 구동하는 소프트웨어는 필요로 하는 용례에 반드시 필수적이지만 기존의 상업적으로 구입 가능한 소프트웨어와 양립할 수 있도록 구성되어 있다. 데이터 출력부는 현재 사용중인 임의의 또는 모든 일반 기술 또는 당업자의 기술 지식 내의 것을 포함할 수 있다.
다음에 상세히 논의되는 바와 같이, 적어도 5개의 주 서브시스템이 본 발명의 바람직한 실시예에서 발견되거나 이와 함께 사용된다.
본 발명은,
1) 웨이퍼를 파지하고 이 웨이퍼의 양면을 처리하기 위해 이 웨이퍼를 360。 회전시키게 하는 로봇 "파지부";
2) 각 웨이퍼의 위치를 정확히 설정하고 상기 로봇 "파지부"가 파손 없이 웨이퍼에 액세스할 수 있게 하는 광 판독 시스템;
3) 상기 로봇 파지부와 이에 결합된 기계장치를 제어하고 상기 광 판독 시스템에 의해 제공되는 데이터를 처리하는 데이터 처리 및 제어 시스템;
4) 상기 웨이퍼에 가해지는 적절한 압력 또는 인장을 선택하기 위한 제어 수단; 그리고
5) 상기 데이터 처리 및 제어 시스템을 구동하기 위한 소프트웨어 및 펌웨어를 포함한다.
본 발명의 시스템은 웨이퍼 처리에 사용되는 것 외에, 다른 용례에도 사용될 수 있다. 예컨대, 자기 디스크 처리, CD ROM 처리, 및 일반적으로 이들 특징의 로봇 파지부를 이용할 수 있는 임의의 처리를 포함한다(그러나, 이에 제한되는 것은 아니다). 소정 부분을 독특하게 위치시키는 능력은 상기 제안된 시스템을 재고품, 부품 추적, 및 조립체의 개수와 위치를 기억할 것을 필요로 하거나 이에 유익한 모든 다른 제조 공정에 대해 훌륭한 단일 후보자로 만든다.
본 발명의 바람직한 실시예를 이용하는 특정 실시예는 다른 처리 단계를 위해 다양한 카세트 또는 캐디 내에 웨이퍼를 배치시키는 것이다. 이 후에, 이런 예시적인 실시예는 본 발명의 작업 모델을 보여주는 예로서 제공되며 본 발명에서 주장하는 주요 사항을 제한하려는 것은 아니다. 따라서, 상기 실시예는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 한정된 주요 사항을 나타내지만, 이런 실시예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것은 아니다.
이제 도 1을 참조로 하면, 로봇 웨이퍼 파지 조립체(101)가 소정의 패들(100)을 포함하는데 이 패들은 제조의 편의를 위해, 두 개의 얇은 경질의 부재를 함께 고정하여 이루어지며, 그 결과 용례에 적당한 재료로 만들어지는 단일의 얇은 경질의 부재를 형성하는데, 이 부재에는 그 부재 상에 마련된 두 개의 고정 압력 포스트(103), 이 고정 압력 포스트(103)에 대향되게 배치되는 패들의 단부에 회전 핑거(105)가 포함된다. 상기 회전 핑거(105)를 회전시키기 위한 작동 메커니즘과 위치 설정/위치 조정 광감지 마운트(107)가 상기 웨이퍼 파지 조립체(101)에장착된다.
웨이퍼 파지 조립체(101)는 해당 산업에서 흔한 파지부 마운트(115)를 이용하는 광감지 마운트(107) 또는 다른 적당한 장착 수단 또는 연결 수단에 제1 단부가 인접하는 로봇 팔(도시 생략)에 플러그식으로 접속되거나 그렇지 않으면 로봇 팔에 부착되도록 하는 구조로 되어 있다. 상기 파지 조립체를 제어 시스템에 부착하기 위해 전기적 데이터 커플링 수단도 포함된다. 이는 수리를 위해 취출을 신속하게 해준다. 또한, 다양한 구조, 예를 들면 다양한 크기의 웨이퍼 파지 조립체(101)가 최소한의 시간으로 교체될 수 있다. 공지된 시스템의 상기 결합체와 교체는 당업자에게 공지된 것이므로, 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
원하는 광판독을 행하고 수행될 순차 작동 프로그램을 확인한 후, 리프팅 핸드(101)는 디스크의 3 지점에서 웨이퍼를 파지한다. 두 개의 지점(103)은 웨이퍼의 반경과 거의 동일한 반경의 원주선 위에서 일정한 간격으로 떨어져 있는 고정 위치에 있다. 상기 웨이퍼의 에지를 파지하기 위해 각 지점에 배치된 작은 포스트(103)에는 작은 홈(126)이 형성되어 있다. 제3 리프팅 지점에는 들어올리기 위해 파지 작용을 하는 이동 가능한 핑거(105)가 배치되어 있다.
웨이퍼 파지 조립체(101)는 핑거(105)가 후퇴된 채로 웨이퍼로 이동한다. 후퇴된 위치에서, 상기 핑거(105)는 90。회전하며(이제, 상기 핑거는 다른 포스트와 동일하게 배향됨), 그리고 나서 이 핑거는 두 개의 다른 고정 지점(103)을 향해 다시 복귀된다. 이에 따라 상기 포스트(103)와 핑거(105) 사이에서 웨이퍼가 파지된다.
소정의 캠에 의해 전자 기계적으로 또는 단지 기계적으로 핑거를 회전시킬 수 있다. 캠 작동은 전자장치를 단순하게 하지만, 마모, 윤활 및 오염 인자의 영향을 받기 쉽다. 게다가, 또 다른 기계 가공을 필요로 할 수 있다. 후퇴된 위치에서의 상기 핑거(105)는 도 2a에 도시된 바와 같이 웨이퍼 파지 조립체의 축에 수직하기보다는 이 웨이퍼 파지 조립체(101)의 평면 방향으로 이 웨이퍼 파지 조립체의 축을 따라 배치될 수 있는 것으로 고려된다.
이제 도 2a, 도 2b, 도 2c 및 도 3을 참조로 하면, 본 발명의 실시예에 따른 두 개의 고정 압력 포스트(103) 중의 하나와 회전 핑거(105)의 상세도가 도시되어 있다. 웨이퍼 파지 조립체(101)는 이 파지 조립체의 중앙부에 배치되는 액추에이터 로드(111)를 구비한다(도 7참조). 웨이퍼 파지 조립체(101)가 두 개의 박판 재료로 형성되는 경우, 액추에이터 로드는 외부로 노출되지 않게 두 개의 박판 재료의 사이에 형성된 채널에 배치될 수 있다. 도 2a에 도시된 웨이퍼 파지 조립체(101)는 웨이퍼(122)의 바로 아래에서 또는 적층된 두 개의 웨이퍼(도 8)의 사이에서 움직이게 되어 있으며, 회전 핑거(105)는 도 2b에 도시된 위치로 90。 회전된다. 이 지점에서 상기 회전 핑거(105)는 웨이퍼 파지 조립체(101)의 전측 에지(124)로부터 일정한 간격으로 떨어져 있다. 그리고 나서, 상기 회전 핑거는 도 2c에 도시된 바와 같이 웨이퍼 파지 조립체의 전측 에지(124) 쪽으로 이동되어, 도 6에 도시된 바와 같이 회전 핑거(105)와 포스트(103)의 사이에서 웨이퍼(122)를 파지하게 된다.
도 1 및 도 4 내지 도 7을 참조로 하면, 병진 솔레노이드(117)는 암(119)을 통해 회전 핑거(105)를 외부로 위치시키는 반면에, 회전 솔레노이드(109), 모터 또는 유사한 병진 및/또는 회전 장치는 회전 핑거(105)를 90。 회전시켜, 외형의 높이를 낮춤으로써, 웨이퍼 파지 조립체(101)는 웨이퍼의 사이에 삽입되거나 180。 회전되어 상부로부터 웨이퍼를 픽업할 수 있다. 웨이퍼 파지 조립체가 웨이퍼(122)의 바로 아래에, 그 위에 또는 이 웨이퍼의 사이에 위치되면, 회전 핑거(105)는 회전 솔레노이드(109)에 의해 수직 위치로 회전되며(도 2b 참조), 그리고 나서 병진 솔레노이드(117)에 의해 끌어 당겨진다(도 2c 참조).
다음에 상세히 논의되는 바와 같이, 핑거 병진 솔레노이드(117), 핑거 회전 솔레노이드(109) 및 핑거 액추에이터 로드(111)는 웨이퍼(또는 파지될 이와 유사한 기판 부재 품목)의 효과적인 파지 및 취출을 위해 협동적으로 작용하며, 또한 이들 솔레노이드(117,109) 및 이 액추에이터 로드(111)는 웨이퍼의 파손, 낙하 없이 또는 이 웨이퍼를 수용 한계치 이상으로 휨이 없이 하나의 처리 위치로부터 다른 처리 위치로 운반하기 위해 고정 위치에서 상기 웨이퍼를 효과적으로 파지하도록 협동적으로 작용한다. 마찬가지로, 기판 부재는 취출되어 취출 위치로부터 180。의 소정의 위치에서 픽업될 수 있다.
다음에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 핑거 액추에이터 로드(111)는 전류가 인가된 자기 코일에 의해 가동되며 핑거 병진 솔레노이드(117)와 핑거 회전 솔레노이드(109)에 의해 제어된다.
웨이퍼 파지 조립체(101)의 중앙부에는 액추에이터 로드(111)가 배치되어 있다. 병진 솔레노이드(117)는 이 솔레노이드에 부착되는 암(119)을 통해, 회전 핑거(105)를 안팎으로 밀고, 회전 솔레노이드(109)는 핑거(105)를 90。 회전시켜외형의 높이를 낮춤으로서, 이로써 웨이퍼 파지 조립체(101)는 웨이퍼(122)의 사이에 삽입되거나 180。로 회전되어 상부 또는 바닥으로부터 웨이퍼(122)를 픽업할 수 있다. 상기 웨이퍼 파지 조립체가 웨이퍼(122)의 바로 아래에, 그 위에 또는 이를 따라 위치된 후, 상기 회전 핑거(105)는 회전 솔레노이드(109)에 의해 수직 위치(도 2b 참조)로 회전되며, 그리고 나서 병진 솔레노이드(117)에 의해 끌어 당겨지고(도 2c 참조), 도 6에 도시된 바와 같이, 고정 포스트(103)와 회전 핑거(105)의 사이에서 웨이퍼(122)를 파지한다.
웨이퍼가 고정 포스트(103)에 맞닿도록 압력을 가하기 위해 상기 회전 핑거(105)를 사용함으로써 파지 작용을 행한다. 이는 손가락으로 유지되는 물체에 마주 향하는 엄지손가락으로 압력을 가하는 사람 손의 자연스런 파지 작용과 매우 유사하다. 마찬가지로, 전술하고 다음에 상세히 설명되는 바와 같이, 웨이퍼 파지 조립체(101)와 인간 팔 사이의 유사성으로는 인간 팔의 상측을 위로 향한 상태에서 아래로 향한 상태의 위치로 팔의 위치를 바꿀 때의 인간 손목의 작용과 같이, 특징지워지거나 제어되는 180。 회전에 있다.
취출 모드에서, 회전 핑거(105)는 웨이퍼 파지 조립체(101)의 평면에 있다. 회전 핑거(105)의 위치 조정은 웨이퍼 파지 조립체(101)의 "관절부(wrist)"(또는 인접부) 단부에서 제어 장치를 통해 행해진다. 특히, 보이스 코일 또는 모터/인코더 결합체가 회전 핑거(105)를 위치시키는 데 사용된다.
한편, 취출 모드에서, 웨이퍼 파지 조립체(101)는 병진 솔레노이드(117)의 가까이에 도시된 광학 시스템을 통해 선택되는 웨이퍼의 바로 아래에 위치한다. 이지점에서 회전 핑거(105)는 웨이퍼 에지 쪽으로 표면을 드러내도록 회전된다. 그리고 나서, 제어 장치는 웨이퍼의 중심 쪽으로 회전 핑거(105)를 잡아당김으로써, 직경 방향으로 대향되게 고정된 포스트(103)에 맞닿도록 웨이퍼를 민다. 코일 구동 병진 솔레노이드(117)에 인가되는 전류의 정밀 제어를 통해 압력을 정확하게 유지하며, 이는 다시 액추에이터 로드(111)가 웨이퍼 파지 조립체(101)의 길이를 따라 이동하게 한다. 제어기로 이어지는 도선(123)은 중앙 처리기(도시되지 않음)로부터 웨이퍼 파지 조립체(101)로 정보를 전달한다. Model B LA13-12-00A인, 솔레노이드에 약 310mA 내지 약 360mA의 전류를 인가하면, 상기 웨이퍼 파지 조립체에 파지되는 웨이퍼에 200nmg(약 12"인 경우)의 적절한 파지력을 가하는 것으로 밝혀졌다.
전형적으로, 핑거 병진 솔레노이드(117)와 핑거 회전 솔레노이드(105)에 의해 초래되는 핑거 운동은 지정된 용례를 기초로 하여 프로그램된다. 마찬가지로, 보이스 코일을 통해 전류를 정밀하게 제어하고, 필요로 하는 곳에 정지부와 캠을 사용함으로써 상기 핑거 운동을 수행할 수 있다. 그러나, 운동 제어의 분야에 사용되는 임의의 메커니즘이 적용 가능하다면 사용될 수 있다. 웨이퍼가 일단 파지되면, 웨이퍼 파지 조립체(101)는 로봇이 지령하는 임의의 위치로 웨이퍼를 운반할 수 있다. 이 파지 방법의 예시적인 특징은 상기 웨이퍼 파지 조립체가 웨이퍼를 떨어뜨림이 없이 웨이퍼를 360。로 완전히 회전시키게 하여, 웨이퍼를 다양한 캐리어 메커니즘에 배치될 수 있도록 하는 것이다. 이와 같이 회전시키는 능력은 웨이퍼의 양면에 대해 처리할 수 있게 해준다. 게다가, 웨이퍼는 포스트(103)와 회전 핑거(105)의 사이에서 파지되어 있기 때문에, 상기 웨이퍼는 진공 픽업 장치에 의해서 가능한 것 보다 더 큰 가속도와 속도로 이동될 수 있어 처리 시간을 줄일 수 있다. 추가된 이점으로서, 상기 웨이퍼 표면은 에지만이 웨이퍼 파지 조립체와 접촉하기 때문에 오염되지 않는다. 이는 생산율을 높이게 된다.
도 9 및 도 10을 참조로 하면, 웨이퍼 파지 조립체(201)의 또 다른 실시예는 패들(200)의 제어 단부(204)의 중앙에 배치되는 단일의 이동 가능한 포스트(203)를 구비하는 경질의 부재 즉, 상기 패들(200) 및 이 패들의 반대쪽 단부에 두 개의 회전 가능한 핑거(205)를 포함하며, 그 결과 이들 사이에서 웨이퍼(222)를 파지하는 3개의 삼각형 코너를 형성하게 된다. 상기 핑거(205)에 각각 연결되는 두 개의 회전 코일(209)이 웨이퍼 파지 조립체(201)에 장착되며, 또한 상기 웨이퍼 파지 조립체(201)의 중앙축(206)을 따라서 충분한 거리로 상기 포스트(203)를 이동시키는 병진 코일이 상기 웨이퍼 파지 조립체(201)에 장착되어 상기 포스트(203)와 회전 가능한 핑거(205)의 사이에서 원하는 압력으로 웨이퍼(222)를 파지하게 된다. 전술된 실시예에서와 같이, 상기 웨이퍼 파지 조립체(201)는 위치 설정 및 위치 조정 광학 장치 및 이에 관련된 제어장치도 수반할 수 있다.
전술된 실시예와 대조적으로, 도 9 및 도 10의 실시예에서, 두 개의 이격된 회전 가능한 핑거(205)는 상기 패들 표면에 수직한 위치에서 액추에이터 로드(211)에 가해지는 회전력으로 인해 패들(200)의 평면으로부터 회전한다. 그러나, 상기 회전 가능한 핑거는 길이 방향으로 이동하지 않는다. 그 대신에, 단일 포스트(203)가 패들(200)의 중앙축(206)을 따라 이동하여 웨이퍼를 파지하며, 상기 웨이퍼(222)에 가해지는 인장은 병진 로드(218)를 통해 작동하는 병진 코일 또는솔레노이드(217)에 인가되는 전류에 의해 제어되며, 이 솔레노이드(217)는 포스트(203)를 이동시켜 파지 압력을 웨이퍼(222)에 가한다. 그렇지 않은 경우, 이 실시예는 전술된 실시예와 유사한 방식으로 작동한다. 패들(200)은 웨이퍼(222)의 가까이에 배치되어 있다. 액추에이터 로드(211)를 통해 작동하는 회전 솔레노이드(209)는 웨이퍼에 대해 수직한 위치로 상기 핑거(205)를 이동시킨다. 병진 로드(218)를 통해 작동하는 병진 솔레노이드(217)는 포스트(203)를 이동시켜 웨이퍼(222)를 파지하게 한다.
전술된 설명을 기초로 한 당업자는 광 감지 및 위치 조정 장치를 비롯하여, 제일 먼저 기술된 실시예의 모든 추가적인 특징이 전술된 또 다른 실시예에 이용될 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.
도 11은 유연성 액추에이터 로드(311)에 가해지는 회전력에 의해 핑거를 회전시키는 도 9 및 도 10의 실시예의 변형예인 웨이퍼 파지 시스템(301)을 도시하고 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 로드(311)는 약간 직선 형태이지만 유연성이 있어 솔레노이드(209)(도 11에 도시되지 않음)로부터 핑거(205)까지 동일한 정렬 상태를 유지할 수 있다. 그렇지 않으면, 도 11의 변형예는 도 9의 실시예와 같은 방식으로 작동한다.
웨이퍼는 일반적으로 카세트 또는 캐디 안에 적재되고 양측에서 웨이퍼를 유지하는 홈에 끼워진다. 본 발명의 시스템은 웨이퍼 에지를 탐지하기 위해 광 빔 센서 및 광 센서를 사용함으로써 각 웨이퍼의 위치를 고정밀도로 설정하게 된다. 에지로부터의 반사량의 변화는 광 감지 장치로 하여금 웨이퍼 에지의 위치를 결정하게 하며, 그에 따라서 웨이퍼와 관련하여 웨이퍼 파지 조립체의 위치를 결정하게 한다. 놓친 웨이퍼가 연속 공간 내에서 불규칙성을 발생시키기 때문에, 놓친 웨이퍼를 비롯하여, 전체 캐디를 정밀하게 검사할 수 있으며 모든 위치를 결정할 수 있다.
광감지 마운트(107)는 도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이 웨이퍼 파지 조립체(101)의 "관절부" 단부의 중앙에 장착되거나 또는 도 6에 도시된 일측부로부터 떨어져서 장착된다. 바람직한 실시예에서의 광학 시스템은 광 전송기, 예를 들면 레이저, IR 다이오드 등; 광 수신기, 예를 들면 광 다이오드, CCD'S, 광 전송기 등과, 웨이퍼의 에지에서 조사 빔(들)을 유도하고 반사를 수신하는데 필요한 관련 기계 장치로 구성된다. 웨이퍼 파지 조립체의 핑거로부터 최적의 거리에서 상기 빔(들)이 집속되어 정밀하고 신뢰할만한 위치 결정을 가능하게 해준다. 주변 소음의 영향을 줄이고 에지를 탐지하는 것을 증대시키기 위해 상기 빔(들)을 집중적으로 그리고 적당한 위치로 조정할 수 있다. 위치 조정을 돕기 위해 웨이퍼 파지 조립체 정면의 다른 에지 위의 유사한 위치에 제2 유닛(도시되지 않음)과 같은 하나 이상의 광감지 마운트(107)를 사용할 수 있다. 또한, 웨이퍼(122)의 크기를 정확히 측정하는데 도움을 주기 위해 웨이퍼 파지 조립체(101)의 여러 위치에 광 센서(130)를 추가로 배치할 수 있다.
에지의 정면을 가로지르는 작은 초점을 상하좌우로 움직이면 에지 정점의 위치를 정확하게 산출하게 하며, 그 결과 웨이퍼 자체의 위치도 정확하게 산출하게 한다. 웨이퍼의 에지가 복잡한 표면을 나타내기 때문에, 표면으로부터의 반사는 수신기에 도달하거나 도달하지 않을 수 있다. 에지를 따라 빔(들)을 상하좌우로 움직이면 탐지 가능성을 증가시키고 또한 정밀도를 증가시키게 되는데, 이는 웨이퍼 파지 조립체의 장축을 따라 정렬되는 웨이퍼 반경선이 최대의 반사량을 발생시키기 때문이다. 이런 정보는 로봇으로 하여금 웨이퍼를 기준으로 웨이퍼 파지 조립체를 가장 잘 정렬하게 해준다.
이런 시스템은 용례 또는 처리에 필요한 형태의 로봇에 의해 가동된다. 위치, 속도, 가속도 및 일반적으로 변위와 운동에 관련되는 모든 변수를 결정하는데 사용되는 임의의 디지털/아날로그 방법이 특정 처리에 적용 가능한 방식으로 사용될 수 있다. 본 발명의 시스템은 원하는 작동을 얻기 위해 특정의 전자 기계적인 처리 시스템, 특정의 공압 처리 시스템 및 특정의 유압 처리 시스템과 함께 컴퓨터 장비의 사용을 더 구체화한다.
마찬가지로, 본 발명의 교시의 범위 내에 있는 것으로서 고려되는 제어 시스템은 광원을 유도 및 조정하고, 광 탐지기를 위치 조정하며, 반사량의 변화를 나타내는 탐지기로부터의 데이터를 분석하고, 원하는 대로 장비를 위치 조정하기 위해 운동 제어 유닛을 유도하도록 상기 처리된 데이터를 사용하며, 그리고 교정 신호를 결정하기 위해 운동 제어 유닛으로부터의 피드백 데이터를 처리하는 역할을 한다.
이런 시스템과 함께 사용되는 또 다른 메커니즘은 임의의 경보, 필요로 하는 신호 및/또는 벨소리 및 비디오, 프린트, 오디오, 전화, 원격측정(telemetry) 또는 임의의 다른 필요한 통신 기술과 같은 포맷 및 출력 요구 데이터를 발생시킨다.
본 발명의 시스템은 광범위한 용례에 적용되기 때문에, 이런 시스템을 구성하는데 사용되는 재료는 필수적으로 다양하게 된다. 예컨대 금속, 플라스틱, 세라믹, 유리, 목재, 모든 다양한 합금, 그레이드(grades), 주석-구리 합금(tempers), 화합물 및 이 화합물과 혼합물을 비롯한 이것들의 변형물 등이 있다(그러나, 이에 제한되는 것은 아니다). 상기 특정한 용례와 사용 환경은 사용되는 실제의 재료를 규정하게 된다.
논의된 바와 같이, 본 발명의 교시에 따른 관련된 개선은 종래에 교시된 기술을 레이저 측정 장치를 사용하는 동적 자동화 시스템으로 교체하는 것을 포함한다. 마찬가지로, 본 발명은 기존의 "진공 척" 기술을 진공에 의존하지 않고 확실한 상승 및 억제 시스템을 제공하는 전자 기계적 또는 기체 작동 시스템으로 교체하는 것을 고려한다.
최신의 레이저를 이용한 거리 측정 장치는 매우 정밀한 측정을 가능하게 해준다. 하나 이상의 레이저 판독 헤드를 적절하게 위치시키면 처리 시스템 내에서 각 웨이퍼를 정확히 위치 설정하고 크기를 정하는데 필요한 모든 정보가 제공된다. 전형적으로, 2축 마운트를 기준으로 위치하는 레이저 헤드는 카세트 내의 웨이퍼의 칼럼을 스위프한다.
도시한 위치는 광 센서의 위치 또는 개수를 제한하려는 것은 아니다. 개개의 디스크로부터의 반사는 기준점으로부터 시선 거리를 제공한다. 게다가, 웨이퍼 파지 조립체(101)의 중앙선에 위치한 제2 광 센서(130)로부터의 판독은, 포스트(103)의 공지된 위치와 함께 취해지는 경우, 원형 웨이퍼 디스크의 에지의 정확한 위치를 감지하고, 그 다음으로 인장 솔레노이드에 인가되는 전류를 설정하는 데 사용하는 디스크의 정확한 직경을 결정하는 데 이용될 수 있다.
마찬가지로, 축 마운트 내의 인코더는 당업자에게 공지된 바와 같이, 방위 정보를 제공하는 데 효과적이다. 중앙 처리기에 보내진 결합 정보로부터, 기준점에 대한 각 웨이퍼의 정확한 위치를 고정밀도로 결정할 수 있다. 이와 같은 처리가 각 웨이퍼의 종착 위치 설정에 적용된다. 다음에, 상기 처리기는 필요한 만큼의 웨이퍼를 카세트 또는 캐디 내에 정확히 위치시키기 위해 상기 결합 정보를 이용한다.
본 발명의 교시에 따라 다양한 금속과 플라스틱을 사용한다. 사용 환경은 유닛이 사용되는 경우에 의해 상기 금속과 플라스틱을 결정하게 된다. 다양한 형태의 로봇의 기계적인 인터페이스는 기계 설계를 매우 다양하게 한다. 이는 결코 지능형 통합 웨이퍼 파지 시스템의 원할한 작동에 영향을 미치지 않는다.
들어올려질 웨이퍼의 휨 또는 균열을 방지하기 위해, 이동 가능한 핑거(105)에 의해 가해지는 압력을 정밀하게 제어해야 한다. 전술된 본 발명의 실시예는 디스크를 파지하는데 필요한 파지량을 제공하기 위해 보이스 코일 형태의 액추에이터를 사용한다. 이는 보이스 코일에 인가되는 전류를 정밀하게 제어함으로써 달성된다. 또 다시, 상기 중앙 처리기에 웨이퍼의 특정 형태와 크기에 대한 정확한 파라미터를 입력한다. 이는 파손 없이 웨이퍼를 들어올리게 하는 매우 정확하고 반복 가능한 방법을 제공한다. 게다가, 웨이퍼는 두 개의 포스트와 핑거 내에 "파지되기" 때문에, 하나의 처리 지점으로부터 다른 처리 지점으로 웨이퍼를 운반하는 중에 고가속력으로 인한 이동은 일어나지 않는다.
마찬가지로, 본 발명의 교시에 따라, 상기 지능형 통합 웨이퍼 파지 시스템은 또한 기체 (예를 들면, 건조 공기 또는 건조 질소) 구동 메커니즘 또는 액체 구동 메커니즘에 의해 유압을 이용해 실행될 수 있다. 파지 작용을 하는 핑거의 운동은 가변 니들 밸브 및 관련 밸브와 같은 소정의 장치를 통해, 예를 들면, 밸브 드라이버에 인가되는 전류를 변화시키거나 상기 밸브의 개방 정도(%)를 제어함으로써, 제어될 수 있다.
전체적인 시스템 제어는 수행되는 실제 작동을 결정하는 소프트웨어를 포함하는 주 중앙 처리 장치(CPU)를 통해 행해진다. 이 CPU는 필요로 하는 기능에 특히 최적으로 설계된 인터페이스를 통해 다양한 파지 및 처리 메커니즘과 인터페이스 되어 있다. 상기 통합 웨이퍼 파지 시스템은 전체로서 다양한 처리를 대표하는 개개의 부분으로 이루어진다. 각 부분은 웨이퍼 파지 시스템에 액세스하도록 배열되어 있다.
다른 사용 환경에서는 물론 다양한 처리 부분에 대해 다른 배치를 규정하게 된다. 이는 다시 다른 소프트웨어를 필요로 하게 된다. 소프트웨어에서 일어날 수 있는 많은 변화에 대처하기 위해, 각 처리 부분은 전체 제어 셸 내의 서브프로그램으로서 작동한다. 다음에, 각 부분이 필요로 하는 독특한 데이터는 개개의 부분과 주 셸의 사이에서 쉽게 패스되는 "보정 데이터"로 입력된다. 이는 전체적인 융통성과 사용의 편의를 허용하는데, 이는 각 부분이 타 부분에 대해 자율적으로 작동하고 있기 때문이다.
전술된 상기 웨이퍼 파지 시스템은 중앙 CPU에 의해 제어되는 개개의 웨이퍼 처리 부분을 이용한다. 각 부분은 자율적으로 셸 소프트웨어의 전체적인 통제 상태에서 작동하기 때문에, 물리적 환경의 문제에 대처하도록 시스템을 달리 배치할 수 있다.
전술한 내용은 본 발명의 범위를 설명하기 위한 것이며 그 범위를 제한하려는 것이 아니다. 당업자라면 많은 경험 없이도, 본 명세서에서의 교시에 기초하여 또 다른 실시예를 쉽게 구현 및 제공할 수 있을 것이다.
예를 들면, 웨이퍼 파지 시스템의 여러 구성 요소가 웨이퍼 파지 조립체의 일측부에 또는 이 파지 조립체 내에 장착된 상태로 도시되었지만, 본 발명은 웨이퍼 파지 조립체의 로봇 팔 단부의 양측부에 상기 구성 요소를 배치하거나 이 파지 조립체로부터 떨어진 상태로 연장하게 상기 구성 요소를 위치시키는 것도 고려한다.
또한, 전술된 바와 같이, 본 발명은 반도체 웨이퍼와 관련하여 기술되었지만, 본 발명은 예를 들면, 세라믹 또는 유리 디시, 또는 플레이트, 성장 매체를 포함하는 페트릭 디시(petric dishes), CD 플레이어용 콤팩트 디스크, 디스크형 물품의 취출, 운반 또는 파지를 필요로 하는 컴퓨터 시스템 또는 임의의 다른 기계 시스템용 취출 가능한 저장 매체 등과 같이, 한정된 치수로 된 임의의 평평하고 경질인 박판과 같은 구조체를 파지하는 데 이용될 수도 있다. 또한, 웨이퍼에 가해지는 파지 압력을 제어하는데 다양한 방법을 사용할 수 있다. 그러나, 인장은 회전 핑거(105) 및/또는 포스트(203)에 대해 구동력을 변경하고 이를 설정함으로써 제어되며, 실제로 가해지는 힘을 측정할 것을 필요로 하지는 않는다.
본 발명은 하나 또는 두 개의 회전 핑거와 하나 또는 두 개의 고정되거나 이동 가능한 (병진하는) 포스트를 구비하는 것으로 기술되었지만, 다른 결합체 또는 추가의 포스트 및 핑거도 고려된다.
본 발명은 본질적인 특징에서 벗어나지 않으면서 다른 특정한 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 기술된 실시예는 예시만을 위해 고려되어야 하며 본 발명을 제한하는 것으로 고려되어서는 안된다. 그러므로, 본 발명의 범주는 전술된 설명에 의해서 보다는 오히려 첨부된 청구 범위에 의해서 한정되어야 한다. 본 발명의 청구범위의 사상과 이 청구범위의 등가의 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범주 내에 포함되어야 한다.

Claims (18)

  1. 웨이퍼 및 이와 유사한 기판 매체 파지 시스템에 있어서,
    파지 조립체;
    파지될 상기 기판 매체를 파지, 운반 및 취출하는 수단;
    원하는 순차 작동을 프로그래밍하고 수행하는 적어도 하나의 제어 수단; 그리고
    상기 파지 수단에 가해지는 구동력에 종속하는 파지 압력 제어 수단
    의 조합체를 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 파지될 기판 매체의 국부적인 위치와 배향을 탐지하는 광학 수단을 더 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 파지될 기판 매체를 파지, 운반 및 취출하는 수단은 확실한 상승 및 억제를 제공하는 전자 기계적 시스템 및 유체 작동 시스템 중의 적어도 하나를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 파지 압력 제어 수단은 전기적으로 작동되는 솔레노이드이며 상기 파지 압력은 상기 솔레노이드에 인가되는 전류를 변화시킴으로써 제어되는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 파지될 기판 매체를 파지, 운반 및 취출하는 수단은,
    중심축이 상기 파지 조립체에 거의 수직한 한 쌍의 고정 포스트;
    이동 핑거형 돌출 부재;
    상기 이동 핑거형 돌출 부재의 중심축을 상기 고정 포스트의 중심축에 평행하게 위치 조정하는 위치 조정 수단; 그리고
    상기 이동 핑거형 돌출 부재의 축을 상기 고정 포스트의 중심축을 향해 가역적으로 이동시키는 수단
    을 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  6. 제5항에 있어서, 웨이퍼의 치수를 결정하는 측정 수단을 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  7. 제5항에 있어서, 상기 이동 핑거형 돌출 부재를 상기 고정된 포스트의 중심축에 평행하게 위치 조정하는 상기 조정 수단은 핑거 병진 솔레노이드를 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 고정된 포스트의 중심축을 향해 상기 이동 핑거형 돌출 부재의 중심축을 가역적으로 이동시키는 상기 수단은 핑거 회전 솔레노이드와 핑거 액추에이터 로드를 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 파지될 기판 매체를 파지, 운반 및 취출하는 수단은,
    중심축이 상기 파지 조립체에 거의 수직한 병진 포스트;
    상기 병진 포스트로부터 일정한 간격을 두고 배치되는 한 쌍의 회전 가능한 핑거형 돌출 부재;
    웨이퍼의 치수를 결정하는 측정 수단;
    상기 핑거형 돌출 부재의 중심축을 상기 병진 포스트의 중심축에 평행하게 위치 조정하는 위치 조정 수단; 그리고
    상기 회전 포스트의 중심축 사이에서 그리고 이 회전 포스트의 중심축으로부터 간격을 두고 배치되는 한 지점을 향해 상기 병진 포스트의 중심축을 가역적으로 이동시키는 수단
    을 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  10. 웨이퍼 표면의 완전성을 손상시키지 않으면서 웨이퍼 및 이와 관련된 콤팩트한 플레이너 장치를 파지하는 방법에 있어서,
    적어도 3개의 포스트와 광감지 수단이 구비되는 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 제공하는 단계로서, 상기 포스트는 상기 웨이퍼의 평면에 수직하게 위치되며, 상기 포스트 중의 적어도 하나는 상기 웨이퍼의 평면 내의 위치로부터 상기 웨이퍼의 평면에 수직한 위치로 회전되며, 상기 포스트 중의 적어도 하나는 포스트의 사이에서 웨이퍼를 파지하기 위해 하나 이상의 다른 포스트 쪽으로 이동 가능하며, 상기 로봇 웨이퍼 파지 조립체는 위치 조정을 위해 다른 로봇 시스템 위에 장착 가능한, 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 제공하는 단계;
    다수의 웨이퍼의 상대 위치와 배향에 관한 다수의 데이터를 모으는 단계로서, 상기 액추에이터 로드가 상기 회전 핑거에 연결되는, 데이터를 모으는 단계;
    상기 로봇 웨이퍼의 중앙 부분에 있는 상기 포스트의 사이에서 웨이퍼를 파지하는 단계;
    상기 고정 포스트와 상기 핑거의 사이에서 상기 웨이퍼를 잠그는 단계;
    상기 웨이퍼를 원하는 위치로 운반하는 단계;
    상기 웨이퍼를 처리하는 단계;
    상기 웨이퍼를 원하는 위치로 취출시키는 단계; 그리고
    연속되는 웨이퍼에 대해 상기 각 단계들을 반복하는 단계
    를 포함하는 웨이퍼 파지 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 파지 단계는,
    상기 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 웨이퍼의 평면에 평행하게 이동시키는 단계; 그리고
    상기 로봇 웨이퍼 파지 조립체의 말단부에 배치되는 적어도 하나의 회전 핑거를 상기 웨이퍼 파지 조립체의 평면 내의 위치로부터 상기 웨이퍼 파지 조립체의 평면에 거의 수직한 위치로 이동시키는 단계
    를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  12. 제10항에 있어서, 상기 파지 단계는,
    상기 회전 핑거를 회전 솔레노이드에 의해 90。 회전시키는 단계; 그리고
    상기 로봇 웨이퍼 파지 조립체를 웨이퍼의 평면에 인접하게 위치시키는 단계를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  13. 제10항에 있어서, 상기 파지 단계는,
    적어도 하나의 회전 핑거를 제위치에 고정된 상기 다른 포스트 쪽으로 이동시켜, 상기 웨이퍼에 가해지는 예정된 인장으로, 제위치에 고정된 상기 포스트와 상기 회전 핑거의 사이에 상기 웨이퍼를 파지하게 하는 단계를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  14. 제10항에 있어서, 상기 파지 단계는,
    병진 포스트인 상기 포스트 중의 하나를 회전 포스트 사이의 중앙에 위치하는 한 지점으로 이동시켜, 상기 웨이퍼에 가해지는 예정된 인장으로, 상기 병진 포스트와 상기 회전 포스트의 사이에서 상기 웨이퍼를 파지하게 하는 단계를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  15. 제10항에 있어서, 상기 파지 단계는 상기 병진 솔레노이드에 의해 상기 회전 핑거를 이동시키는 단계를 또한 포함하는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 웨이퍼에 가해지는 인장은 로드 이동 액추에이터에 인가되는 전류를 변화시킴으로써 제어되며, 상기 로드 이동 액추에이터는 상기 회전 핑거에 부착되는 상기 액추에이터 로드의 측방향 운동을 제어하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 웨이퍼에 가해지는 인장은 로드 이동 액추에이터에 인가되는 전류를 변화시킴으로써 제어되며, 상기 로드 이동 액추에이터는 상기 병진 포스트의 측방향 운동을 상기 회전 핑거 쪽으로 제어하는 것인 웨이퍼 파지 방법.
  18. 웨이퍼 및 이와 유사한 기판 매체를 파지하는 시스템에 있어서,
    파지 조립체,
    상기 파지될 기판 매체를 파지, 운반 및 취출하는 수단,
    원하는 순차 작동을 수행하는 적어도 하나의 제어 수단, 그리고
    상기 파지 수단에 가해지는 구동력에 종속하는 파지 압력 제어 수단
    의 조합체를 포함하며,
    상기 파지 수단은 상기 파지 조립체에 장착되는 3개의 포스트를 포함하며, 상기 포스트 중의 적어도 하나는 상기 파지 조립체의 평면 내의 위치로부터 상기 파지 조립체의 평면에 수직한 위치로 이동 가능하며, 상기 나머지 포스트는 상기파지 조립체의 평면에 수직한 배향으로 고정되는 것인 웨이퍼 파지 시스템.
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