KR20010078272A - 기판반송장치 - Google Patents

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KR20010078272A
KR20010078272A KR1020010005018A KR20010005018A KR20010078272A KR 20010078272 A KR20010078272 A KR 20010078272A KR 1020010005018 A KR1020010005018 A KR 1020010005018A KR 20010005018 A KR20010005018 A KR 20010005018A KR 20010078272 A KR20010078272 A KR 20010078272A
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도리고에 도시오
다즈모 가부시키가이샤
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Abstract

복수의 엔드 이펙터(End-effector) 또는 복수의 엔드 이펙터 와 센서 아암을 가지는 기판반송장치에 있어서, 작은 최소회전반경을 실현함으로써, 기판처리장치의 처리면적 축소화에 기여하는 것으로서, 복수의 엔드 이펙터(5)를 수평면(2)에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축(3)을 중심축으로 하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면(4)에 외접하도록 배치하고, 엔드 이펙터가 수평위치일 때에 기판을 교체하여, 복수기판의 동시반송을 가능하게 하고, 또한, 엔드 이펙터(5)가 입체적으로 배치되므로, 수평면에 투영되는 장치의 최소회전반경을 작게 할 수 있다.

Description

기판반송장치{Substrate Transfer System}
본 발명은, 실리콘(Si) 웨이퍼등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치에 관한 것이다.
종래, 복수개의 기판을 한번에 재치하고, 반송가능한 기판반송장치는, 예를들어, 일본국 특개평9-285982호 공보에 나타난 바와 같이, 적어도 2개 이상의 엔드 이펙터(End-effector)가 수평면과 평행한 동일 평면내에서, 또한, 반송방향에 대해 평행한 전후방향으로 각각 배치되고, 그 중심위치로 회동가능하도록 되어 있다. 이와 같은 구성을 채용함으로써, 복수개의 기판을 동시에 반송 및 교체하는 동작을 가능하게 하고 있다.
도 6(a), 도 6(b)에 종래 기술에 의한 기판반송장치가 도시되어 있다. 이 기판반송장치는 상술한 바와 같이, 수평면과 평행한 동일평면내에 대략 H자형의 엔드 이펙터부(6)가 그 중심부에 회전축을 이루어 형성되고, 엔드 이펙터(5)가 반송방향으로 과 평행하게 되도록 해당 회전축을 통해 로봇핸드와 접속되어 있다. 대략 H자형의 앞방향의 엔드 이펙터(13)에 제 1 단계에서 2개의 기판이 동시에 재치된 후, 제 2 단계에서 엔드 이펙터부(6)는 중심부에 형성된 회전축을 중심으로 180°회동되고, 후방의 엔드 이펙터(14)에 제 3 단계에서 다른 기판이 2개 동시에 재치된다. 이렇게하여, 종래의 기판반송장치는, 4개의 기판을 동시에 재치·반송하는것이 가능하였고, 이에 의해 반송시간을 대폭 단축하였다. 이 기판반송장치의 최소회전반경은, 엔드 이펙터의 선단부가 내접하고, 엔드 이펙터부의 중심부에 형성된 회전축을 중심점으로하는 궤도원(11)의 반경이 된다.
또한, 다른 종래기술에 의한 기판반송장치에서는, 도 7에 도시된 바와 같이, 수평면과 평행한 동일 평면내에서 120°로 등각배치된 2개의 엔드 이펙터(5)와 센서 아암(12)을 구비하고, 그 중심부에 회동축을 형성하고, 엔드 이펙터(5) 또는 센서 아암(12)이 반송방향과 평행하게 되도록 해당 회전축을 통해 로봇핸드에 접속되어 있다.
이 기판반송장치에서는, 우선 제 1 단계에서 반송방향과 평행하게 배치되어 있는 엔드 이펙터에 기판이 재치된 후, 제 2 단계에서 엔드 이펙터부(6)가 그 중심부에 형성된 회전축을 중심으로 120°회동되고, 제 3 단계에서 또 하나의 엔드 이펙터에 다른 기판이 재치된다. 결과적으로, 2개의 기판을 동시에 재치·반송하는것이 가능하게 되고, 더욱이, 엔드 이펙터부(6)가 120°회동함으로써, 센서 아암(12)을 기판 카세트(반송하고자 하는 기판이 수납되어 있음)에 대향시키고, 해당 센서 아암(12)을 상하방향으로 구동함으로써, 기판의 서치동작등이 가능하게 된다. 이 기판반송장치의 최소 회전반경도, 상기 장치와 마찬가지로, 엔드 이펙터의 선단부가 내접하고, 엔드 이펙터부의 중심부에 형성된 회전축을 중심으로하는 궤도원(11)의 반경이 된다.
최근, 생산성의 향상을 위해, 기판반송장치를 탑재하는 기판처리장치는 설치면적의 축소화(공간 절약화)가 강하게 요구되고 있다. 이때문에, 기판처리장치를 구성하는 해당 기판반송장치도 처리장치내에서 차지하는 면적에 제약을 받는 경향이 있다. 즉, 필요한 기능을 필요최소한의 점유면적으로 달성하는 것이 기판반송장치에서의 커다란 과제중 하나로 되어 왔다. 또한, 같은 일련의 처리장치에서 총(total)처리시간의 단축화를 실현하고, 더 나아가, 기판반송공정등의 프로세스에 직접관여하지 않는 공정의 생략이나, 반송시간의 단축화를 도모하는 것은, 기판반송장치에서 중요한 개발요소이다.
그러나, 상기의 종래기술에 의한 기판반송장치는, 한번에 복수개의 기판을 반송하는 것이 가능하고, 또, 교체동작을 부여하여 엔드 이펙터와 센서 아암을 동일한 로봇핸드에 구비함으로써, 공정을 생략할 수 있고, 총 처리시간을 단축하는 면에서는 유효한 수단이라 할 수 있다. 그러나, 동일한 평면내에 복수의 기판을 재치하는 엔드 이펙터, 또는, 센서 아암을 구비함으로써, 최소회전반경의 증가를 초래하고, 그 결과, 기판반송장치의 설치면적이 증대한다고 하는 문제가 있다.
본 발명은, 상기 문제를 해소하기 위한 것으로, 복수의 엔드 이펙터, 또는 복수의 엔드 이펙터와 센서 아암을 구비하는 기판반송장치에 있어서, 종래보다도 작은 최소회전반경을 실현함으로써, 기판처리장치의 설치면적을 최소화하는데 기여할 수 있는 기판반송장치를 제공하는것을 그 목적으로 하고 있다.
도 1은, 본 발명의 하나의 실시예에 의한 기판반송장치의 사시도,
도 2(a)는, 도 1의 기판반송장치의 평면도,
도 2(b)는, 도 1의 기판반송장치의 측면도,
도 3은, 본 발명의 다른 실시예에 의한 기판반송장치의 사시도,
도 4(a)는, 본 발명의 원추꼭지점각의 유효한 범위를 설명하기 위한 평면도,
도 4(b)는, 본 발명의 원추꼭지점각의 유효한 범위를 설명하기 위한 측면도,
도 5(a)는, 본 발명의 기판반송장치의 기판처리장치내의 레이아웃의 하나의 예를 나타낸 도면으로, 처리유니트내에서의 기판의 수도(受渡)를 행하는 상태를 나타내는 도면,
도 5(b)는, 본 발명의 기판반송장치의 기판의 처리장치내의 레이아웃의 하나의 예를 나타낸 도면으로, 처리유니트내에서의 기판의 교체동작을 행하는 상태를 나타내는 도면,
도 6(a)는, 종래의 기판반송장치의 사시도,
도 6(b)는, 종래의 기판반송장치의 평면도,
도 7(a)는, 종래의 다른 기판반송장치의 사시도,
도 7(b)는, 종래의 다른 기판반송장치의 평면도이다.
*도면의 주요부분을 나타내는 부호의 설명*
2 수평면
3 원추중심축(엔드 이펙터부의 회전축)
4 원추측면
5 엔드 이펙터(End-effector)
6 엔드 이펙터부
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명은, 실리콘 웨이퍼등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치에 있어서, 상기 로봇핸드가 기판 재치면을 가지는 적어도 2개 이상의 엔드 이펙터를 구비하고, 상기 엔드 이펙터는, 수평면에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축을 중심축으로하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면에 상기 기판의 재치면이 접하도록 배치되고, 또, 상기 중심축을 회전축으로 하여 원추측면에 따라 회동하고, 상기 각 엔드 이펙터를 수평위치에서 한쪽에서 다른 쪽으로 바꾸는 것에 의해, 처리를 받고자 하는 적어도 2개 이상의 기판을 동일 로봇핸드상에서 교체하고, 또한 적어도 2개 이상의 기판을 동시에 반송하도록 한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은, 실리콘 웨이퍼등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치에 있어서, 상기 로봇핸드가 기판의 재치면을 가지는 적어도 1개 이상의 엔드 이펙터 및 반송하고자 하는 기판이 장치와는 별도로 있는 기판 카세트의 수납부에 있는 것을 확인하기 위한 광학식 센서장치를 가지는 센서 아암을 구비하고, 상기 엔드 이펙터 및 센서 아암은, 수평면에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축을 중심축으로하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면에 상기 기판재치면 및 광학식 센서장치가 접하도록 배치되고, 또, 상기 중심축을 회전축으로 하여 원추측면을 따라 회동하고, 상기 엔드 이펙터와 센서 아암을 수평위치에서 바꿈으로써, 복수의 엔드 이펙터를 구비하는 경우에는 동일 로봇핸드상에서 기판을 교체하고, 또한 광학식 센서장치에 의한 기판서치(search)를 한다.
발명의 실시예
본 발명의 하나의 실시예에 따른 기판반송장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 도 1에 있어서, 기판반송장치는, 구동시스템등이 수납된 베이스(1)상에 회전자재하게 설치된 로봇핸드를 구비하고, 이 로봇핸드의 선단측에, 적어도 2개 이상의 기판재치면을 가지는 엔드 이펙터(5)를 구비하고 있다. 로봇핸드는 링크형으로 연결된 제 1 아암(7), 제 2 아암(8)을 포함한다. 각 엔드 이펙터(5)는, 엔드 이펙터부(6)에 소정의 각도로 취부되고, 이 엔드 이펙터부(6)는 제 2 아암(8)의 선단부에 회전자재하게 설치된 회전헤드(9)에 형성된 경사면에 회전자재하게 지지되어 있다.
여기서, 엔드 이펙터부(6)는 수평면(2)에 대해 각도(θ)로 된 축(3)을 중심축으로하여 회전자재로 설치되고, 각 엔드 이펙터(5)는 엔드 이펙터부(6)의 회전에 의해 회전되었을 때, 그 기판재치면이 꼭지점각(2θ)의 원추측면(4)에 외접하거나, 혹은, 접하도록 배치되어 있다. 또한, 본 실시예에서는, 각 엔드 이펙터(5)는 원추측면(4)상에서 축에 대한 대칭위치에 배치되어 있다.
또한, 상기 복수의 엔드 이펙터(5)는, 원추중심축(3)을 회전축으로 하고, 엔드 이펙터부(6)가 회동함으로써, 각 엔드 이펙터(5)를 수평위치에서 한쪽에서 다른쪽으로 바꾸고, 이에 의해, 동일 로봇핸드상에서 처리를 받고자 하는 적어도 2개 이상의 기판의 교체동작이 가능하고, 더욱이, 복수의 기판을 동시에 반송하는것이 가능하다. 한편, 베이스(1)내에는 회전헤드(9)를 평면내에서 직선이동시키는 것이 가능하도록 각 아암 및 회전헤드를 각각의 회전축을 중심으로 회동시키기 위한 구동시스템(도시하지 않음)이 내장되어 있다.
도 2(a), 도2(b)는, 해당 기판반송장치의 최소회전반경시의 상태를 나타낸다. 본 발명의 기판반송장치의 최소회전반경은, 수평면에 배치된 엔드 이펙터(5)에 재치한 기판(W)의 선단부측면(17) 혹은 제 1 아암(7)의 선단부측면(7a)이 내접하고, 제 1 아암(7)의 회전축(10)을 중심점으로 한 궤도원(11)(수평면에서의 궤적)의 반경이 되고, 입체적으로 배치된 다른 엔드 이펙터나 기판을 재치한 엔드 이펙터에 의한 영향을 받지 않는 것이 된다. 본 실시예에서는, 제 1 아암(7)과 제 2 아암(8)의 길이가 같은 것을 이용하고 있고, 제 1 및 제 2 아암이 소정의 각도로 줄어든 상태에서, 기판(W)의 선단부측면(17) 혹은 제 1 아암(7)의 선단부측면(7a)이 궤도원(11)에 내접할 수 있는 상태로 된다.
다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 기판반송장치를 도 3에 나타내었다. 이 기판반송장치는, 수평면에 대해서 각도(θ)로 된 축을 중심축으로 하는 꼭지점각이 2θ의 원추측면에 외접하거나, 혹은 접하도록 1개 이상(본 실시예에서는 2개)의 엔드 이펙터(5)와, 선단부에 투과형의 광학식 센서를 가지는 센서 아암(12)을 구비하고 있다. 이들은, 원추중심축(3)을 회전축으로 하는 엔드 이펙터부(6)에 취부되어 있다. 엔드 이펙터부(6)가 회동함에 따라, 동일 로봇핸드상에서 기판반송과 기판 서치의 각 기능을 바꾸는 것이 가능하게 되어 있다.
광학식 센서는, 본 기판반송장치에서 반송하고자 하는 기판이 도시하지 않은 기판카세트(수납부)에 있는 것을 확인하기 위한 장치이다. 본 실시예의 구성에서는 각 엔드 이펙터(5) 혹은 센서 아암(12)을 수평위치에서 바꿈으로써, 복수의 기판(W)의 동시반송 혹은 기판 서치동작을 하는 것이 가능하다.
본 실시예에서, 엔드 이펙터부(6)의 회동시에 센서 아암(12)의 선단부에 의해 그려지는 궤도원의 반경이, 기판(W)을 재치한 엔드 이펙터(5)의 기판선단부가 그리는 궤도원의 반경보다 작게 되도록, 센서 아암(12)의 길이가 설계되어 있는 것으로 한다. 이 경우, 기판반송장치에서 최소회전반경은, 상기 실시예와 같이 수평면에 배치된 엔드 이펙터(5)에 재치한 기판(W)의 선단부 측면 또는 제 1 아암(7)의 선단부측면이 내접하고, 제 1 아암(7)의 회전축을 중심점으로 한 궤도원(수평면에서의 궤적)의 반경이 되고, 입체적으로 배치된 다른 엔드 이펙터나 기판을 재치한 엔드 이펙터, 또는 센서 아암에 의한 영향을 받지 않게 된다.
그러나, 본 발명이 적용된 기판반송장치에서, 2개의 엔드 이펙터가 2θ의 꼭지점각에서 대향하고, 동일 원추측면에 외접하도록 배치되어 있는 경우에, 본 발명이 유효하게 기능하기 위해서는 상기 원추꼭지점각(2θ)의 크기는 아래에 나타내는 계산식으로 산출된 각도를 상한으로 하는 유효범위내에 있는 것이 바람직하다.
이것을 도 4를 참조하여 설명한다. 도 4(상술한 도 2의 구성과 동등)에 있어서, 본 발명의 기판반송장치의 최소회전반경은, 수평면에 배치된 엔드 이펙터(5a)에 재치한 기판(W)의 선단부측면(17a) 또는 제 1 아암(7)의 선단부측면(7a)이 내접하고, 제 1 아암(7)의 회전축(10)을 중심점으로한 궤도원(11)(수평면에서의 궤적)의 반경(Rmin)이 된다. 입체적으로 배치되어 있는 엔드 이펙터(5b)에 재치한 기판(W)의 선단부측면(17b)에서 수평면상으로 수직선을 내리고, 그 수직선의 다리?(15)와 수평면에 배치된 기판(W)의 선단부측면(17a)을 잇는 선분의 길이(LL)가 궤도원(11)의 직경(2·Rmin)의 범위내로 되는 것이 필요하다. 결국, 선분의 길이(LL)가 궤도원(11)의 직경과 같게 될 때의 원추꼭지점각(2θ)이 상한값이 된다. 즉,
수식 1
2 Rmin=LL
2 Rmin=2L sinθ·cos(π/2-θ)
∴
여기서, 최소회전반경 : Rmin, 원추모선의 길이 : L(const. ; 엔드 이펙터의 길이에 의해 결정되는 정수)이다.
상기에서 표시된 원추꼭지점각(2θ)이 본 발명의 유효범위의 상한값이 된다. 이때, 입체적으로 배치되어 있는 엔드 이펙터(5a),(5b)에 재치된 기판선단부측면에 의한 궤도원은, 수평면상에서 최소회전반경에 의한 궤도원(11)에 내접하는 타원으로 투영되게 되어, 종래 보다도 작은 최소회전반경을 실현할 수 있다.
또한, 엔드 이펙터가 상기 상한값을 초과하여 배치되면, 입체적으로 배치된기판선단부측면(17b)은 최소회전반경을 결정하는 궤도원(11)의 외부에 배치되게 되어, 결국, 최소회전반경의 축소화를 저해(阻害)하여, 바람직하지 않다.
더욱이, 도 5(a), 도 5(b)를 참조하여, 본 발명의 기판반송장치에 의해 기판처리장치의 처리유니트내에서 반송장치가 기판의 수도위치에 있을 때, 및 교체동작위치에 있을 때를 설명한다. 도 5(a)는 기판의 수도위치, 도 5(b)는 기판의 교체동작위치를ㅋ 나타낸다. 기판반송장치의 베이스(1)가 수평면상을 직선방향(하얀 화살표로 표시)으로 이동가능한 구동부상에 설치되고, 이 구동부가 기판처리장치내에 레이아웃될 경우, 이 직선이동구간의 종단부에 위치하는 처리유니트에서 기판의 교체동작 및 수도동작을 하기 위해, 해당 기판반송장치가 설치된 기판처리장치의 프레임틀(19)은, 통상, 기판의 교체동작을 수반하는, 엔드 이펙터에 재치한 기판의 선단부측면의 궤도에 간섭하지 않도록 구성된다(이점쇄선으로 표시함). 수도시에 엔드 이펙터는, 도 5(a)에 나타난 바와 같이, 처리유니트내의 기판의 수도위치(18)까지 직선이동한다.
이에 대해, 기판의 교체동작에 앞서, 기판반송장치를 도 5(a)의 상태에서 도 5(b)의 상태로 나타나도록, 약간 직선후퇴이동시켜(화살표 D), 이 위치에서 기판의 교체동작을 행함으로써, 상기 궤도에 간섭하지 않고 프레임틀(19)의 크기를 수치(dW)만큼 축소할 수 있다(실선).
한편, 본 발명은, 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 여러가지 변형이 가능하며, 예를 들어, 본 발명의 실시예에서는, 엔드 이펙터를 2개 구비한 것을 나타내고 있으나, 엔드 이펙터를 3개 이상 구비하여도 좋다.
본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치에 있어서, 상기 로봇핸드는 기판의 재치면을 가지는 적어도 2개 이상의 엔드 이펙터를 가지고, 상기 엔드 이펙터는, 수평면에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축을 중심축으로하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면에 상기 기판의 재치면이 접하도록 배치되고, 또, 상기 중심축을 회전축으로 하여 원추측면에 따라 회동하고, 상기 각 엔드 이펙터를 수평위치에서 한쪽에서 다른 쪽으로 바꿈으로써, 처리를 받고자 하는 적어도 2개 이상의 기판을 동일 로봇핸드상에서 교체하고, 또한 적어도 2개 이상의 기판을 동시에 반송할 수 있도록 한 기판반송장치를 제공함으로써, 작은 최소회전반경을 실현하여 기판처리장치의 설치면적을 최소화하는데 기여할 수 있다.

Claims (8)

  1. 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치에 있어서, 상기 로봇핸드가 기판재치면을 가지는 적어도 2개 이상의 엔드 이펙터(End-effector)를 구비하고, 상기 엔드 이펙터는, 수평면에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축을 중심축으로 하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면에 상기 기판의 재치면이 접하도록 배치되고, 또한, 상기 중심축을 회전축으로 하여 원추측면을 따라 회동하고, 상기 각 엔드 이펙터를 수평위치에서 한쪽에서 다른 쪽으로 바꿈으로써, 처리를 받고자하는 적어도 2개 이상의 기판을 동일 로봇핸드상에서 교체하고, 또한 적어도 2개 이상의 기판을 동시에 반송하도록 한 것을 특징으로하는, 기판반송장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 로봇핸드가, 베이스위에 회전자재하게 설치되고, 링크형으로 연결된 제 1 아암, 제 2 아암을 포함하며, 엔드 이펙터는 제 2 아암의 선단부에 회전자재하게 설치된 회전 헤드에 형성된 경사면에 회전자재하게 지지되어 있는 기판반송장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 2개의 엔드 이펙터가 원추측면상에서 축에 대해 대칭위치에 배치되어 있는 기판반송장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 제 1 아암의 회전축을 중심점으로 한 궤도원의 반경을 Rmin, 원추모선의 길이를 L(const : 엔드 이펙터의 길이에 의해 결정됨)로 하는 경우, 원추꼭지점각인이 유효범위의 상한값인 기판반송장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 입체적으로 배치되어 있는 엔드 이펙터에 재치된 기판의 선단부 측면에 의한 궤도원이, 수평면상에서 최소회전반경에 의한 궤도원에 내접하는 타원으로 투영되는 기판반송장치.
  6. 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치로서, 상기 로봇핸드가 기판의 재치면을 가지는 적어도 1개 이상의 엔드 이펙터 및 반송하고자 하는 기판이 장치와는 떨어져 있는 기판 카세트의 수납부에 있는 것을 확인하기 위한 광학식 센서장치를 가지는 센서 아암을 구비하고,
    상기 엔드 이펙터 및 센서 아암이, 수평면에 대해 임의의 각도(θ)를 가진 축을 중심축으로하는 꼭지점각이 2θ인 원추측면에 상기 기판재치면 및 광학식 센서장치가 접하도록 배치되고, 또한, 상기 중심축을 회전축으로 하여 원추측면을 따라 회동하고, 상기 엔드 이펙터와 센서 아암을 수평위치에서 바꿈으로써, 복수의 엔드 이펙터를 구비하는 경우에는 동일 로봇핸드상에서 기판을 교체하고, 또한 상기 광학식 센서장치에 의한 기판 서치(search)를 하는, 기판반송장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 복수의 엔드 이펙터를 구비한 경우에는 동일 로봇핸드 상에서 적어도 2개 이상의 기판의 교체와 동시반송을 하고, 또한, 상기 광학식 센서 장치에 의한 기판 서치를 실시하도록 한 것을 특징으로하는 기판반송장치.
  8. 실리콘 웨이퍼 등의 기판을 로봇핸드를 이용하여 반송하는 기판반송장치로서, 이 장치가 기판처리장치내에 설치되고, 베이스가 수평면상을 직선방향으로 이동가능한 구동부상에 설치되고, 이 직선이동구간의 종단부에 위치하는 처리유니트로 기판을 수도(受渡)하는 동작을 하는 것으로서, 기판을 교체하는 동작은 그에 앞서서, 기판반송장치를 직선 후퇴이동시켜, 이 위치에서 기판의 교체동작을 행하도록 한 기판반송장치.
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