KR20080036072A

KR20080036072A - 불균등 링크 스카라 아암

Info

Publication number: KR20080036072A
Application number: KR1020087003013A
Authority: KR
Inventors: 로버트 티. 캐버니; 데이비드 마틴; 율리시스 에스. 길크리스트
Original assignee: 브룩스 오토메이션 인코퍼레이티드
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-04-24
Also published as: US9248568B2; CN101262986A; US20070020082A1; WO2007008702A2; WO2007008702A3; US20160221183A1; KR20130116371A; TW200720035A; TWI426987B; US20200001451A1; KR101519642B1; EP1904276A2; EP1904276A4; EP3241655A1; JP5186368B2; CN101262986B; US10406679B2; JP2009503811A

Abstract

구동부, 제어기, 상부 아암(upper arm), 전방 아암(forearm) 및 기판 홀더를 포함하는 기판 이송 장치. 상기 상부 아암의 거의 끝은 쇼울더 조인트에서 상기 구동부에 회전가능하게 장착된다. 상기 전방 아암의 거의 끝은 엘보우 조인트에서 상기 상부 아암의 말단에 회전가능하게 장착된다. 기판 홀더는 손목 조인트에서 상기 전방 아암의 말단에 회전가능하게 장착된다. 상기 상부 아암 및 전방 아암은 조인트 중심으로부터 조인트 중심까지의 거리가 같지 않다. 기판 이송 아암은, 상기 장착 영역에 대하여 고정된 위치에서 유지되는 상기 이송 장치의 상기 구동부를 구비한, 적어도 두 개의 기판 장착 영역들로 및 상기 영역들로부터 기판을 이송하는데 적용된다. 상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더 각각은 서로에 대하여 독립적으로 회전가능하다.

기판 이송 장치, 구동부, 제어부, 상부 아암(upper arm), 전방 아암(forearm), 기판 홀더(substrate holder)

Description

불균등 링크 스카라 아암{Unequal link scara arm}

본 실시예는 기판 이송 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 관절 아암(articulated arm)을 구비한 기판 이송 장치에 관한 것이다.

기판 이송에 사용되는 현대의 스카라 아암(SCARA arm) 로봇은 같은 길이의 링크들(즉, 상부 아암(upper arm) 및 전방 아암(forearm))을 갖는다. 상부 아암 및 전방 아암의 길이가 같은 경우, 스카라 아암은 확장비에 제한된 컨테인먼트(containment)를 갖고, 이 컨테인먼트는 (일반적으로 수축 아암의 스윙 직경에 상응하는) 로봇의 풋프린트(footprint)을 반영하고, 확장(extention)은 로봇 아암의 최대 도달치이다. 종래의 아암(arm)들에 있어서, 동일 길이 링크를 구비한 로봇의 확장을 더 크게 하기 위하여 로봇의 링크는 동일 양만큼 길이에 있어서 증가 되었다. 종래의 아암들에 있어서, 엔드이펙트 회전(end effector rotation)은 상부 아암의 회전과 따를 것이다. 엔드이펙트는 아암의 방사상 확장 축에 평행하고 이를 따르고 있다. 축소된 위치에 있는 동안에도 링크 길이의 증가로 인해 로봇의 스윙 직경(즉, 풋프린트)은 여전히 증가한다.

이 기술 분야에 여러 형태의 기판 이송 장치가 알려져 있다. 종래의 기판 이송 장치의 예들이 미국등록특허 제 5741113호 및 제 5611655호에 기술되어 있다. 미국 등록특허 제 5741113호는 두 개의 모터를 사용하여 상부 아암 및 전방 아암을 회전시키는 복수 링크 로봇 아암 메카니즘을 기술하고 있다. 이 모터들은 동기화된 작동이 가능하여 핸드의 확장이 변함에 따라, 곡선 경로를 따라 로봇 아암 핸드의 움직임을 허용한다. 엘보우(elbow) 축에 대한 전방 아암의 회전에 대응하여, 핸드는 손목(wrist) 축에 대하여 회전한다. 미국 등록특허 제 5611655호는 각 링크가 독립적으로 회전하는 세 개의 링크를 구비한 복수 조인트 아암을 가진 이송장치에 대해 논의하고 있다. 이 아암들은 세 개의 모터를 가진 운송 유닛에 의해 운송된다. 상기 미국 등록특허 제 5741113호 및 제 5611655호에서는, 로봇의 상부 아암과 전방 아암의 길이가 같다. 마찬가지로 상기 미국 등록특허에 있어서, 아암들의 더 긴 도달 길이는 더 큰 풋프린트를 의미한다. 또한 적어도 상기 미국 등록특허 제 5741113호에서, 엔드 이펙터는 기판 장착 영역에 직교하지 않는다.

본 발명의 제 1 실시예에 따르면 기판 이송 장치가 제공된다. 이 기판 이송 장치는 구동부, 상기 구동부에 동작가능하게 연결된 제어기 및 기판 이송 아암을 포함한다. 이 기판 이송 장치는 상부 아암(upper arm), 전방 아암(forearm) 및 기판 홀더를 포함한다. 상기 전방 아암의 거의 끝은 엘보우 조인트에서 상부 아암의 단부(distal end)에 회전가능하게 장착되어 있다. 상부 아암 및 전방 아암은 조인트 중심에서 조인트 중심까지의 길이가 동일하지 않다. 기판 이송 아암은, 장착 영역에 대하여 고정되어 유지되는 이송장치의 구동부를 구비한, 적어도 두 개의 기판 장착 영역들로 및 이들 영역으로부터 기판을 이송하는 데 적용된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 스카라 아암(SCARA arm)을 구비한 기판 이송 장치가 제공된다. 상기 기판 이송 장치는 상부 아암, 전방 아암, 및 기판 홀더를 포함한다. 상기 이송 장치는 상부 아암, 전방 아암, 및 기판 홀더의 길이를 따라 확장 길이 및 스윙 직경을 갖는다. 상기 상부 아암과 전방 아암은 길이가 다르다. 상기 독립적으로 회전가능한 상부 아암 및 전방 아암과, 독립적으로 회전가능한 기판 홀더는, 사전 설정된 스윙 직경에 대하여 이송 장치의 최대 확장 길이를 수행한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기판 이송 장치가 제공된다. 상기 기판 이송 장치는, 같은 방향을 향하는 스테이션을 갖는 두 개의 이격된 일렬로 배열된(inline) 기판 또는 같은 방향을 향하는 스테이션을 갖는 다른 세 개의 이격된 일렬로 배열된 기판에, 기판들을 선택적으로 이송할 수 있는 세 개의 링크 아암을 포함한다. 상기 세 개의 링크 아암의 손목은 스테이션을 갖는 각 기판에 평행 경로를 따라 이동하고, 세 개의 링크 아암의 구동부는 장착 스테이션에 상대적으로 고정된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기판 이송 방법이 제공된다. 이 방법은 프레임(frame)을 갖는 구동부를 구비한 기판 이송 장치를 제공하는 것을 포함한다. 아암 조립체를 제공하며, 상기 아암 조립체는 독립적으로 회전가능한 상부 아암 및 전방 아암과, 독립적으로 회전가능한 기판 홀더를 갖는다. 상기 상부 아암 및 전방 아암은 조인트 중심에서 조인트 중심까지의 길이가 다르고, 서로 끝에서 회전가능하게 조인트되고, 상부 아암은 반대 끝에서 프레임에 회전 가능하게 조인트된다. 기판 홀더는 손목 조인트에서 전방 아암의 말단(distal end)에 회전가능하게 조인트된다. 제1, 제2, 및 제3 드라이브를 작동시켜 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더의 각 개별 회전을 일으키고, 기판 홀더 위에 기판을 방사선을 따라 움직이게 한다. 여기서 기판 홀더는 기판의 중심에 대하여 회전한다.

도 1은 본 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.

도 2는 다양한 위치에 있는 이송 아암(arm)을 도시하는 본 실시예에 따른 기판 이송부의 개략적인 평면도이다.

도 3A 내지 3H 및 3J는, 도 2의 상기 이송부가 확장/수축 동안 이송부가 변천하는 다양한 위치에 있어서의 개략적인 평면도이다.

도 4는 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.

도 5는 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.

도 6은 또 다른 실시예에 따른 이송부의 드라이브 시스템을 나타내는 이송부의 단면도이다.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.

도 8은 본 실시예에의 방법에 따른 흐름도이다.

도 9는 본 실시예의 다른 방법에 따른 흐름도이다.

도 10은 본 실시예의 또 다른 방법에 따른 기판 처리 장치의 개략적인 평면도이다.

도 11은 다른 실시예에 따른 이송부의 드라이브 시스템을 나타내는 이송부의 단면도이다.

도 12는 본 실시예에 따른 이송부의 상부 아암 부분의 평면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 특징을 구체화한 기판 처리 장치(100)의 개략적인 평면도가 도시되어 있다. 개시된 실시예들은 도면에 도시된 실시예들을 참조하여 설명되었지만, 상기 개시된 실시예들은 많은 대체 형태로 구현될 수 있음을 이해하여야 할 것이다. 또한, 다른 적절한 크기, 형상 또는 유형의 요소들이나 소재들도 사용될 수 있다.

예를 들어, 기판 처리 장치는 EFEM(equipment front end module) 또는 임의의 다른 적절한 이송 장치일 수 있다. 이송 처리 장치(100)는 일반적으로 프레임(103), 기판 이송기(200), 기판 장착 영역들(105), 로드 포트들(load ports)(104) 및 스테이징 영역(staging area)(101)을 포함한다. 기판 처리 장치(100)는 또한 프리 얼라이너(pre-aligner)(102)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시된 기판 처리 장치(100), 및 이의 장착 영역들 또는 이의 처리 영역들의 형상은 예시일뿐이며, 대체 실시예들에 있어서 기판 처리 장치는 적절한 처리 또는 장착 영역들을 구비한 임의의 적절한 장치를 가질 수도 있다.

기판 이송기(200)는 프레임(103) 내부에 장착되고, 기판 장착 영역들(105)로부터 스테이징 영역(101)으로 기판들(106)을 전후로 이송한다. 스테이징 영역(101)은 기판 엘리베이터(elevator), 로드 락(load lock) 또는 다른 원하는 장치일 수 있다. 예를 들어, 로드 락은 기판 처리 챔버에 출입구를 제공하는 스테이징 영역 내에 배치될 수 있다. 이 처리 챔버는 대기압 챔버 또는 진공 챔버 일 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 스테이징 영역(101)은 스톡커(stocker) 또는 분류기(sorter), 또는 도량형 장치로서 구성될 수 있다. 또한, 기판 이송기(200)가 기판(106)을 스테이징 영역(101) 안에 배치하기 전에 기판(106) 위에 배치된 기준(fiducial)(미도시)이 소정 위치에 맞춰지도록, 기판 이송기(200)는 프리 얼라이너(102) 위에 기판을 배치할 수 있다. 기판(106)은 200㎜, 300㎜ 또는 다른 원하는 직경의 웨이퍼, 평판 디스플레이용 평판, 또는 레티클 마스크(reticle mask)나 다른 원하는 피가공재일 수 있다.

이제, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 기판 이송기(200)는 일반적으로 상부 아암(upper arm)(201), 전방 아암(forearm)(202), 기판 홀더(203), 구동부(drivce section)(204)를 구비한 아암 조립체(arm assembly)를 포함한다. 제어기(controller)(208)는 아암 조립체에 연결되어, 원하는 대로 상기 조립체의 아암 부분들을 이동시킨다. 대체 실시예들에 있어서, 아암 조립체는 일반적인 스카라(SCARA) 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 상기 조립체는 복수 개의 전방 아암 및/또는 복수 개의 기판 홀더를 가질 수 있다.

기판 홀더(203)는 기판 이송기(200)의 손목(wrist)(755)에서 샤프트 조립체(shaft assembly)(704)에 의해 전방 아암(202)에 회전 가능하게 연결된다. 기판 홀더(203)는 지지 샤프트(698)에 의해 전방 아암(202)에 회전 가능하게 연결될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 기판 홀더(203)는 갈래진 엔드이펙터(forked end effector)로서 도시되어 있다. 기판 홀더(203)는 능동 또는 수동 에지 그리 핑(edge gripping)을 가질 수 있다. 대체 실시예에 있어서, 기판 홀더는 진공 척(chuck)을 구비한 패들 엔드이펙터(paddle end effector)일 수 있다. 전방 아암(202)은 동축 샤프트 조립체에 의해 이송기(200)의 엘보우(elbow)(646)에서 상부 아암(201)에 회전 가능하게 연결된다. 상부 아암(201)은 쇼울더(shouler)(652)에서 구동부(204)에 회전 가능하게 연결된다. 본 실시예에 있어서, 상부 아암(201)과 전방 아암(202)은 길이가 같지 않다. 예를 들어, 상부 아암(201)은 전방 아암(202)보다 길이가 짧을 수 있다.

길이가 다른 상부 아암(201)과 전방 아암(202)은, 예를 들어, 수축 위치에 있는 아암 조립체의 스윙(swing) 직경을, 같은 길이의 상부 아암과 전방 아암을 구비한 종래의 아암 조립체의 스윙 직경과 동일하게 유지할 수 있게 한다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 아암 조립체(200')의 서로 다른 길이를 갖는 상부 아암(201)과 전방 아암(202)은, 동일 스윙 직경을 구비한 동일 길이의 링크들을 갖는 아암보다 더 큰 도달(다시 말해 더 큰 확장)을 허용하여, 아암 조립체(200')의 컨테인먼트 비(containment ratio)로의 도달(reach)을 증가시킨다. 도 3은 이송기 아암 조립체(200')의 스윙 직경(즉, 원 F에 의해 그려지는 풋프린트(footprint))을 도시하고 있다. 알 수 있는 것과 같이, 스카라 아암의 스윙 직경 값은 일반적으로, 예를 들어, 기판 홀더 오프셋, 웨이퍼 직경, 손목 반경의 조합이나, 상부 아암의 엘보우 스윙 반경에 의해 결정된다. 따라서, 동일 길이의 기판 홀더 오프셋에 대하여, 종래의 스카라 아암 및 아암 조립체(200')는 실질적으로 동일 풋프린트를 가진다. 예를 들어, 본 실시예에 따른 전방 아암(202)은 상부 아암(201)보다 시스템의 컨스 트레인트들(constraints)(예컨대, 원하는 풋프린트)에 의해 설정된 최대 비까지 더 길어질 수 있다. 더욱이 본 실시예에 있어서, 상부 아암(201), 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)는, 후술하겠지만 개별 모터들에 의해 독립적으로 회전 가능하고 구동될 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 하나 또는 그 이상의 아암 조립체 아암 부분들은 독립적으로 회전 가능하지 않을 수도 있다.

도면에 도시된 본 실시예에 있어서, 구동부(204)는 동축 샤프트 조립체(660) 및 세 개의 모터들(662, 664, 666)을 수납하는 외부 하우징(634H)을 가질 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 구동부는 세 개 이상 또는 이하의 모터를 가질 수 있다. 구동 샤프트 조립체(660)는 세 개의 구동 샤프트들(668a, 668b, 668c)를 가진다. 대체 실시예들에 있어서, 세 개 이상 또는 이하의 구동 샤프트가 제공될 수 있다. 제 1 모터(662)는 고정자(stator)(678a) 및 내부 샤프트(668a)에 연결된 회전자(rotor)(680a)를 포함한다. 제 2 모터(664)는 고정자(678b) 및 중간 샤프트(668b)에 연결된 회전자(680b)를 포함한다. 제 3 모터(666)는 고정자(678c) 및 외부 샤프트(668c)에 연결된 회전자(680c)를 포함한다. 세 개의 고정자들(678a, 678b, 678c)은 하우징(624H)을 따라 서로 다른 수직 높이 또는 위치에서 하우징(624H)에 고정적으로 부착된다. 본 실시예에 있어서, 제 1 고정자(678a)는 바닥(bottom) 고정자이고, 제 2 고정자(678b)는 중간 고정자이고, 제 3 고정자(678c)는 탑(top) 고정자이다. 각 고정자들은 일반적으로 전자기 코일을 포함한다. 세 개의 샤프트들(668a, 668b, 668c)은 동축 샤프트로 배열된다. 세 개의 회전자들(680a, 680b, 680c)은 바람직하게는 영구 자석으로 구성되지만, 대안적으로 영구 자석을 갖지 않는 전자기 유도 회전자로 구성될 수도 있다. 슬리브들(sleeves)(663)은 회전자(680)와 고정자(678) 사이에 배치되어, 진공 환경 안에 배치된 구동 샤프트 조립체(660)와, 진공 환경 밖에 배치된 회전자들(678)을 구비한 이송기(200)가 진공 환경에서 사용 가능하도록 한다. 그러나, 만약 이송기(200)가 단지 대기압 환경에서만 사용되도록 고안된 것이라면, 슬리브들(663)이 제공될 필요는 없다.

제 1 샤프트(668a)는 내부 샤프트이고, 바닥 고정자(678a)로부터 확장된다. 내부 샤프트는 바닥 고정자(678a)와 같이 얼라인 된 제 1 회전자(680a)를 갖는다. 중간 샤프트(668b)는 중간 회전자(678b)로부터 위로 확장된다. 중간 샤프트는 제 2 고정자(678b)와 같이 얼라인 된 제 2 회전자(680b)를 갖는다. 외부 샤프트(668c)는 탑 고정자(678c)로부터 위로 확장된다. 외부 샤프트는 상부 고정자(678c)와 같이 얼라인 된 제 3 회전자(680c)를 갖는다. 샤프트들(668) 및 하우징(634H)에 대하여 다양한 베어링들이 제공되어, 각 샤프트가 하우징(634H) 및 서로에 대하여 상대적으로 독립적으로 회전 가능하게 한다. 각 샤프트(668)에는 서로에 상대적인 및/또는 하우징(634H)에 상대적인 샤프트들(668)의 회전 위치에 대한 제어기(208)(도 5 참조)의 신호를 보내는 적절한 위치 센서가 구비될 수 있다. 광학 센서나 유도 센서와 같은 적절한 다른 센서도 사용될 수 있다.

외부 샤프트(668c)와 상부 아암(201)이 축 Z1에 대하여 유닛(unit)으로 함께 회전할 수 있도록, 외부 샤프트(668c)는 상부 아암(201)에 고정되어 연결된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 중간 샤프트(668b)는 상부 아암(201)에 있는 제 1 트랜스미 션(transmission)(620)에 연결되고, 내부 샤프트(668a)는 상부 아암(201)에 있는 제 2 트랜스미션(610)에 연결된다. 제 1 트랜스미션(620)은 바람직하게는 구동 풀리(drive pulley)(622), 아이들 풀리(idler pulley)(624) 및 구동 케이브들과 벨트들(626)을 포함한다. 구동 풀리(622)는 중간 샤프트(668b)의 상부에 고정 장착되고, 구동 벨트(626)에 의해 아이들 풀리(624)에 연결된다. 아이들 풀리(624)는 전방 아암(202)을 상부 아암(201)에 연결하는 동축 샤프트 조립체(675)의 내부 샤프트(672) 바닥에 고정 장착된다. 상부 아암(201)에 있는 제 2 트랜스미션(610)은 바람직하게는 구동 풀리(612), 아이들 풀리(614) 및 구동 벨트들과 케이블들(616)을 포함한다. 구동 풀리(612)는 구동부(204)에 있는 동축 샤프트 조립체(660)의 내부 샤프트(668a) 상부에 고정 장착된다. 아이들 풀리(614)는 전방 아암(202)을 상부 아암(201)에 연결하는 동축 샤프트 조립체의 외부 샤프트(674)의 바닥에 고정 장착된다. 구동 벨트(616)는 구동 풀리(612)를 아이들 풀리(614)에 연결한다. 대체 실시예들에서 아이들 풀리와 구동 풀리 간의 직경비가 원하는 대로 될 수 있더라도, 본 실시예에 있어서, 제 1 트랜스미션(626)의 아이들 풀리(624)와 구동 풀리(622) 간의 직경 비, 및 제 2 트랜스미션(610)의 아이들 풀리(614)와 구동 풀리(612) 간의 직경 비는 약 1 대 1이다. 구동 벨트들(616, 626)은, 대응되는 구동 풀리들(612, 622)과 같은 방향으로 각각의 아이들 풀리들(614, 624)을 회전시키도록 구성된다(즉,구동 풀리들(612, 622)의 시계 방향 회전은 아이들 풀리(614, 624)의 시계 방향 회전을 일으킨다).

전방 아암(202)을 상부 아암(201)에 연결하는 동축 샤프트 조립체(675)는, 샤프트 조립체의 외부 및 내부 샤프트들(674, 672)을 서로에 대하여, 그리고 상부 아암(201)에 대하여 Z2 축으로 회전 가능하게 하는 적절한 베어링들에 의해, 상부 아암(201)으로부터 회전 가능하도록 지지된다. 동축 샤프트 조립체(675)의 외부 샤프트(674)는 전방 아암(202)에 고정 장착되어, 외부 샤프트(674) 및 전방 아암(202)이 Z2 축에 대하여 하나의 유닛으로서 함께 회전한다. 전방 아암(202)은 상부 아암(201)에 있는 제 2 트랜스미션(610)의 아이들 풀리(614)가 구동부(204)의 내부 샤프트(668a)에 의해 회전될 때, Z2축에 대하여 회전한다. 따라서, 구동부(204)의 내부 샤프트(668a)는 상부 아암(201)에 대하여 전방 아암(202)을 독립적으로 회전시키는 데 사용된다.

동축 샤프트 조립체의 내부 샤프트(672)는 전방 아암(202)에 있는 제 3 트랜스미션(752)의 구동 풀리(753)에 고정 부착된다. 전방 아암(202)에 있는 제 3 트랜스미션(752)은 바람직하게는 구동 풀리(753), 아이들 풀리(750) 및 구동 벨트들 또는 케이블들(751)을 포함한다. 아이들 풀리(750)는 샤프트(698)에 고정 장착된다. 구동 벨트(751)는 구동 풀리(753)를 아이들 풀리(750)에 연결한다. 샤프트(698)는, 샤프트(698)가 전방 아암(202)에 대하여 Z3축으로 회전할 수 있도록 하는 적절한 베어링들에 의해 전방 아암(202)으로부터 회전 가능하게 지지된다. 대체 실시예들에 있어서 아이들 및 구동 풀리들 간의 직경비가 원하는 대로 될 수 있다하더라도, 본 실시예에 있어서, 제 3 트랜스미션(752)의 아이들 및 구동 풀리들(750, 753) 간의 직경비는 약 1 대 1이다. 구동 벨트들(751)은 구동 풀리(753)와 같은 방향으로 아이들 풀리(750)를 회전시키도록 구성된다(즉, 구동 풀리(753) 의 시계 방향 회전은 아이들 풀리(750)의 시계 방향 회전을 일으킨다).

샤프트(698)는 기판 홀더(203)에 고정 장착된다. 따라서, 샤프트(698) 및 기판 홀더(203)는 Z3 축에 대하여 하나의 유닛으로서 함께 회전한다. 기판 홀더(203)는 제 3 트랜스미션(752)의 아이들 풀리(750)가 구동 풀리(753)에 의해 회전될 때, Z3 축에 대하여 회전된다. 구동 풀리(753)는 또한 동축 샤프트 조립체(675)의 내부 샤프트(672)에 의해 회전된다. 상부 아암(201)에 있는 제 1 트랜스미션(626)의 아이들 풀리(624)가 구동부(204)의 중간 샤프트(268b)에 의해 회전될 때, 내부 샤프트(672)는 회전된다. 따라서, 기판 홀더(203)는 전방 아암(202) 및 상부 아암(201)에 대하여 Z3 축으로 독립적으로 회전될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 쇼울더(652)가 고정 점에 대하여 회전하고 프레임 내부에서 측방으로(laterally) 움직이지 않도록 하기 위하여, 이송기 아암 조립체 하우징(634H)은 기판 처리 장치 프레임(100)에 고정된다. 대체 실시예들에 있어서, 쇼울더가 프레임 내부에서 측방으로 움직일 수 있도록 하기 위하여, 아암 조립체 하우징은 트래버서(traverser) 위에 장착될 수 있다.

이제, 도 2, 도 3A 내지 3H, 도 3J, 도 5 및 도 6을 참조하면, 이송기 아암 조립체(200')는 도 2, 도 3A 내지 3H 및 도 3J에 도시된 위치들 또는 어떤 다른 원하는 위치에, 구동부(204)를 이용하여 확장되거나 수축될 수 있다. 아암 조립체(200')를 확장하기 위하여, 제어기(208)는 모터들(662, 664, 666)에 신호를 보내어 이들 각각의 샤프트들(668a, 668b, 668c)이 시계 방향이나 반시계 방향으로 독립적으로 회전하도록 하여 아암(200') 확장의 효과를 일으킨다.

기판 장착 영역들(105a-c 및 도 10에 도시된 105d-e)은 기판 이송 컨테이너들(substrate transport containers)(예를 들어, FOUPs)을 장착할 수 있는 기판 이송 컨테이너 장착 영역들일 수 있다. 본 실시예에는 세 개의 기판 장착 영역들이 도시되어 있지만, 대체 실시예들에 있어서는 이보다 많거나 적은 기판 장착 영역들이 있을 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 실시예에 있어서는 두 개의 기판 장착 영역들이 존재한다. 기판 장착 영역들(105a-c)은 기판 처리 장치의 로드 포트들(load ports)과 얼라인 될 수 있고, SEMI 기준에 따라 서로 떨어져 분리될 수 있다. 기판 장착 영역들(105a-c)에 배치될 수 있는 FOUPs는, 배치 처리(batch processing)를 위한 복수 개의 장착 스테이션(station)을 구비한 기판 카세트들(cassettes)을 장착할 수 있다. 또한 FOUPs 및 장착 스테이션들은 SEMI 기준에 따라 배열된다.

FOUP 제외 영역들(500)은 SEMI 기준에 따라서 정의되며, 도 5에 도시되어 있다. FOUP 제외 영역들(500)은 기판의 이송 경로(501)를 만들고, 이 경로는 FOUP의 정면에 실질적으로 수직이다. 본 실시예에 있어서 기판 홀더(203)는 제외 영역들(500)을 침범하지 않도록 방향이 정해질 수 있다.

제어기(208)는, 대리인 명부 번호 390P011660-US(PAR)로, 2005년 7월 11일에 "스케일러블 모션 컨트롤 시스템(Scalable Motion Control System)" 제목으로 출원되고, 전체로서 본 출원에 참조 된, 미국 특허출원 및 미국 임시특허출원 시리얼 넘버 제 60/688636호에 기술된 것과 같이, 클러스터 아키텍쳐(cluster architecture)를 가질 수 있다. 제어기(208)는 아암들(201, 202) 및 기판 홀 더(203)의 회전 비율 및 회전 방향을 제어하는데, 이하에서 설명될 것이다.

이제, 도 11을 참조하면, 제 2 실시예에 대응하는 로봇 아암(200'') 및 구동부(204')의 단면도가 도시되어 있다. 구동부(204')는 하우징(1134H) 및 하우징 내부에 배치된 회전 모터를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 구동부는 하나 이상의 구동 모터를 가질 수 있다. 모터(1148)는 일반적으로 아암 조립체(200'')의 쇼울더 조인트(1152)의 중심선(Z1)에 일치하는 축에 대하여 샤프트(1150)를 회전한다. 샤프트(1150)는 예컨대 기계 또는 캡 스크루(screw)와 같은 적절한 죔쇠(fastener)에 의해 상부 아암 링크(201)에 고정적으로 장착된다. 따라서, 샤프트(1150) 및 상부 아암 링크(201)는 실질적으로 하나의 유닛으로 회전한다. 샤프트(1150)는 또한 구동부 하우징(1134H)에 장착된 적절한 베어링들이나 부싱들(bushings)에 회전 가능하도록 잡혀진 부분(1160)을 가질 수 있다. 스톱 와셔(stop washer)(미도시)가 샤프트(1150) 위에 장착되어, 하우징(1134H) 위에 스톱들(stops)을 약속하고 샤프트(1150)와 구동부(204') 간의 우연한 수직 움직임을 금지하도록 할 수 있다. 모터(1148)는 바람직하게는 고정자(1154) 및 회전자(1156)을 포함한다. 고정자(1154)는, 하우징(1134H)에 고정 장착된 전자기 코일 또는 와인딩(winding)을 포함할 수 있는데, 하우징은 프레임(100)에 장착되어 있다(도 1 참조). 회전자(1156)는 샤프트(1150)의 부분(1160)에 장착된다. 회전자(1156)는 영구 자석, 또는 영구 자석을 갖지 않는 자기 유도 회전자를 포함할 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 구동부에서 샤프트를 회전하기 위한 회전 모터는 스텝퍼 모터(stepper moter)와 같은 다른 적절한 형식으로 구성될 수 있다. 슬리브(1166)는 고정자(1154)와 회전자(1156) 사이에 설치되어, 진공 환경 내에 위치하는 구동 샤프트(1150)과 진공 환경 외부에 위치하는 고정자(1154)를 구비한 진공 환경에서, 로봇(200'')이 사용될 수 있도록 한다. 고정자(1154)의 와인딩들은, 샤프트(1150)를 쇼울더 조인트(1152)의 중심선(Z1)에 대하여 원하는 대로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다.

도 11에 도시된 것과 같이, 상부 아암 링크(1140)는 전방 아암 링크(202)를 엘보우 조인트(elbow joint)(1146)에서 상부 아암 링크(202)에 연결하는 동축 샤프트 조립체(1175)를 가진다. 전방 아암 링크(202)는 상부 아암 링크(201) 위에 배치된다. 동축 샤프트 조립체(1175)는 다른 샤프트 조립체(1174) 및 내부 샤프트(1172)를 포함한다. 외부 샤프트(1174)는 전방 아암(202)에 고정 장착되어, 아암 조립체(200'')의 엘보우(1146)에서 회전축 Z2에 대하여 하나의 유닛으로서 전방 아암과 함께 회전한다. 외부 샤프트(1174)는 적절한 베어링이나 부싱들(bushings)(1178, 1176)로 상부 아암(201)에 회전 가능하게 장착되며, 샤프트는 상부 아암 링크에 대하여 회전할 수 있다. 베어링(1178)은 또한 상부 아암 링크(201)로부터 전방 아암 링크(202)를 수직으로 지지하는 적절한 트라스트 베어링(trust bearing)일 수 있다. 본 실시에에 있어서, 로봇(200'')은 두 개의 아암 본(arm borne) 구동부(1168, 1170)을 갖는다. 하부 구동부(1168)는 상부 아암 링크(201)에 장착되어, 전방 아암 링크(202)에 연결된 외부 샤프트(11741)를 상부 아암 링크(201)로 구동시킨다. 상부 구동부(1170)은 내부 샤프트(1172) 위에 장착되어, 구동 풀리(1102)를 구동하여 기판 홀더(203)를 구동시키는 데, 이하에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 다른 실시예들에 있어서, 아암 조립체는, 전방 아암 링크에 연결된 동축 샤프트 조립체의 구동 풀리 및 외부 샤프트를 상부 아암 링크로 독립적으로 구동시킬 수 있는 하나의 아암 본 이축 구동부(arm borne two-axis drive section)를 가질 수 있다. 하부 구동부(1168)는 실질적으로 구동부(204')와 유사하다. 하부 구동부는 고정자(1178) 및 회전자(1180)을 구비한 회전 모터(1179)를 가질 수 있다. 적절한 전자기 와인딩(winding)들을 포함할 수 있는 고정자(1178)는, 적절한 구조에 의해 상부 아암 링크(201)에 고정 장착된다. 영구 자석 또는 전기 유도 회전자를 포함할 수 있는 회전자(1180)는 외부 샤프트(1174) 위에 장착된다. 고정자(1178) 위의 와인딩들은, 외부 샤프트(1174)를 상부 아암 링크(201)에 대하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 Z2 축에 대하여 회전시키도록 구성된다.

내부 샤프트(1172)는 적절한 베어링들(1182, 1184)에 의해 전방 아암 링크(202)에 회전 가능하도록 장착된다. 베어링(1182)은 바람직하게는 전방 아암 링크(202)로부터 상부 구동부(1170)를 수직으로 지지하는 트라스트 베어링이다. 그리고 나서, 전방 아암 링크(202) 및 기판 홀더(203)는 전술한 바와 같이 트라스트 베어링(1178)에 의해 상부 아암 링크로부터 수직으로 지지된다. 하단(lower end)(1188) 및 내부 샤프트(1172)는 상부 아암 링크(201)에 고정 장착된다. 도며에 도시된 본 실시예에서, 내부 샤프트(1172)는 외부 샤프트(1174)의 바닥(1190)의 밖에 확장되고, 바닥(1188)에서 상부 아암 링크(201)로부터 종속된 구조(1186)에 연결된다. 따라서, 본 실시예에 있어서, 내부 샤프트(1172)는 상부 아암 링 크(201)에 대하여 고정되어 있다.

전술한 대로, 상부 아암 본 구동부(1170)는 도 11에 도시된 대로 내부 샤프트(1172) 위에 장착된다. 상부 구동부(1170)는 구동 샤프트(1199)를 회전시키는 회전 모터(1190)를 가지고, 또한 전방 아암(202)에 있는 트랜스미션(2000)의 구동 풀리(1102)를 가지는데, 이하에서 상세히 설명될 것이다.

상부 구동부(1170)의 회전 모터(1190)는 바람직하게는 로봇(200'')의 구동부들(204', 1168)에 있는 모터들(1148)과 유사하다. 모터(1190)는 적절한 전자기 와인딩들을 포함하는 고정자(1192), 및 영구 자석들 또는 자기 유도 코일을 갖는 회전자(1194)를 가질 수 있다. 그러나, 이 경우에 있어서, 고정자(1192)는 구동 풀리(1102)에 고정 부착된 구동 샤프트(1199)와 짝을 이루고, 회전자(1194)는 상부 구동부(1170)의 하우징과 같이, 상부 아암 링크(201)에 고정 부착된 내부 샤프트(1172)로부터 종속적인 구조(1196)와 짝을 이룬다. 대체 실시예에 있어서, 상부 구동부는, 기판 홀더를 로봇의 전방 아암 및 상부 아암 링크에 대하여 Z3 축으로 회전시킬 수 있는 다른 적절한 회전 모터를 포함할 수 있다.

도 11에 도시된 것과 같이, 전방 아암 링크(202)는 적절한 단면을 가진 홀로우 투브(hollow tube)일 수 있다. 전방 아암 링크(202)는 샤프트(1198)를 구동 풀리(1102)에 연결하는 트랜스미션(2000)을 수납한다. 전방 아암(202)에 있는 트랜스미션(2000)은 바람직하게는 구동 풀리(1102), 아이들 풀리(1104) 및 구동 벨트들이나 케이블들을 포함한다. 구동 풀리(1102)는, 베어링(미도시)을 샤프트(1172) 위로 피팅(fitting)시키는 힘 또는 다른 적절한 수단에 의하여, 내부 샤프트(1172) 에 회전 가능하게 연결된다. 아이들 풀리(1104)는, 예컨대 샤프트(1198) 위로 아이들 풀리(1104)를 피팅시키는 힘과 같은 것에 의해 지지 샤프트(1198)에 고정 장착된다. 구동 벨트(1106)는 구동 풀리(1102)를 아이들 풀리(1104)에 회전 가능하게 지지된다. 샤프트(1198)는, 전방 아암(202)에 대하여 샤프트(1198)를 Z3 축으로 회전할 수 있도록 하는 적절한 베어링들(1100)에 의해 전방 아암(202)으로부터 회전 가능하게 지지된다. 대체 실시예들에서 아이들 및 구동 풀리 간의 직경 비가 원하는 대로 될 수 있더라도, 본 실시예에 있어서, 트랜스미션(2000)의 아이들 및 구동 풀리(1104, 1102) 간의 직경비는 약 1 대 1이다.

구동 벨트(1106)는 아이들 풀리(1104)가 구동 풀리(1102)와 같은 방향으로 회전할 수 있도록 구성된다(예를 들어, 구동 풀리(1102)의 시계 방향 회전은 아이들 풀리(1104)의 시계 방향 회전을 일으킨다). 구동 풀리(1102)와 아이들 풀리(1104)를 연결하는 벨트들(1106)은 플라스틱, 강화 고무, 또는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 벨트(1106)는 일반적인 루프 형상으로 구동 풀리(1102)와 아이들 풀리(1104)의 주위에 배치된다. 벨트(1106)는 풀리들(1102, 1104)과 미끄러짐 없이 접촉하도록, 원하는 대로 사전에 인장(pre-tensioned) 될 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 풀리들과 벨트에는 메시 톱니(meshing teeth)가 제공되어, 벨트와 풀리 간에 미끄러짐 없는 조건을 유지시킬 수 있다.

샤프트(1198)는 기판 홀더(203) 및 아이들 풀리(1104)에 고정되어 장착된다. 따라서, 샤프트(1198)와 기판 홀더(203)는 Z3 축에 대하여 하나의 유닛으로 함께 회전한다. 기판 홀더(203)는, 트랜스미션(2000)의 아이들 풀리(1104)가 구동 풀 리(1102)에 의해 회전될 때, Z3 축에 대하여 회전된다. 구동 폴리(1102)는 또한 동축 샤프트 조립체(1175)의 구동 샤프트(1199)에 의해 회전된다.

기판 홀더(203)는 지지 샤프트(1198) 위에 고정 장착된다. 위에 기술된 것과 같이, 지지 샤프트(1198)는 적절한 베어링들(1100)에 의해 전방 아암 링크(202)에 회전 가능하게 장착됨으로써, 전방 아암 링크(202) 및 기판 홀더(203)가 서로에 대하여 회전 축(Z3)으로 회전 가능하게 한다. 예를 들어, 상부 구동부(1170)가 작동될 때, 고정자(1190)는 구동 샤프트(1199)를 회전시킴으로써 구동 풀리(1102)를 회전시킨다. 이번에는 구동 풀리(1102)가 구동 벨트(1106)를 회전시키고, 따라서 아이들 풀리(1104)를 회전시킨다. 아이들 풀리는 샤프트(1198) 및 기판 홀더(203)을 회전시킨다. 상부 구동부(1170)는 작동되어 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함으로써, 기판 홀더를 원하는 대로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전시킨다.

이제, 도 12를 참조하면, 제 3 실시예에 따른 상부 아암 링크(201)의 평면도가 도시되어 있다. 본 실시예에 있어서, 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)를 구동시키는 구동 모터들(2090A, 2090B)이 상부 아암 링크(201) 내부에 배치되어 있다. 도 12에 도시된 것과 같이, 제 3 구동 모터(2090C)는, 2005년 7월 11일에, 대리인 명부 번호 390-011658-US(PAR)로 "기판 이송 장치(Substrate Transport Apparatus)"의 제목으로 출원되고 전체로서 본 출원에 참조된 미국 출원에서 알수 있듯이, 상부 아암 링크(201) 내부에 제공되어 제 2 기판 홀더를 구동시킬 수 있다.

본 실시예에 있어서, 상부 아암(201)은, 모터(666)가 샤프트(668C)를 구동시키고 샤프트(668C)는 상부 아암(201)에 고정 장착된 구동부(204)에 의해 상부 아암(201)이 구동되는 것과 실질적으로 동일한 방식으로 구동될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 상부 아암(201)은 원피스(one-piece) 부재일 수 있다(또는 단일 구조로 언급될 수도 있다). 상부 아암(201)은 주조(casting), 단조(forging) 또는 적절한 다른 제조 공정으로도 형성될 수 있다. 상부 아암(201)은 알루미늄 합금, 스테인레스 스틸(stainless steel)과 같은 금속으로 만들어질 수 있으며, 플라스틱, 세라믹 또는 합성물(composites)과 같은 비금속으로도 만들어질 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 상부 아암은 적절한 다른 형상을 가질 수 있다.

도 8에서 보여지듯이, 동축 샤프트 조립체(2040)은 상부 아암(201)의 바깥쪽 끝에 장착된다. 동축 샤프트 조립체(2040)는 위에 기술되었던 동축 샤프트 조립체(675)와 실질적으로 유사하지만, 동축 샤프트 조립체(2040)는 또한 제 3 샤프트 및 제 3 풀리를 가지고 추가의 전방 아암 또는 기판 홀더를 구동할 수도 있다. 대체 실시예들에 있어서, 동축 샤프트 조립체(2040, 675)는 소정 개수의 샤프트와 풀리를 가지고, 이에 대응되는 개수의 전방 아암과 기판 홀더를 구동할 수 있다. 전방 아암(202)은 동축 샤프트 조립체(2040)에 의해 상부 아암(201)에 주축으로 회전가능하게(pivotally) 장착된다. 동축 샤프트 조립체는 회전 엘보우 축(Z2)을 한정한다.

도 8에 보여지듯이, 모터 클러스터에서, 모터 조립체들(2090A, 2090B)의 개개의 구동 푸리들(2110A, 2110B)은 트랜스미션 벨트들(2112, 2116)에 의해 샤프 조 립체(2040)의 대응되는 풀리들에 연결된다. 구동 풀리(2110A)는 (도 6에서 알 수 있듯이) 벨트(2112)에 의해 풀리(614)에 연결된다. 구동 풀리(2110B)는 (도 6에서 알 수 있듯이) 벨트(2114)에 의해 풀리(624)에 연결된다. 벨트 텐셔너들(tensioners)(2150A, 2150B)은 상부 아암(201)에 장착되어 트랜스미션 벨트 상에 원하는 장력(tension)을 제공하고 유지한다. 따라서, 모터(2090A)가 작동될 때, 구동 풀리(2110A)는 축 Z2에 대하여 전방 아암(202)을 회전시킨다. 모터(2090B)가 작동될 때, 풀리(2110B)는 전송 풀리(624)를 Z2 축에 대하여 회전 시킴으로써, 전방 아암(202) 내부에 위치하는 트랜스미션(752)을 통하여 기판 홀더(203)를 구동시킨다. 다른 적절한 비가 사용될 수 있지만, 본 실시예에서는, 아이들 풀리(614, 624)에 대한 구동 풀리(2110A, 2110B)의 직경 비는 약 1 대 1이다.

대체 실시예들에 있어서, 풀리(2110C), 텐셔너(2150C) 및 벨트(2116)을 구동하는 모터(2090C)는 위에 기술된 것과 실질적으로 유사한 방식으로 추가의 전방 아암/기판 홀더를 구동시킬 수 있다.

아암 조립체(200', 200'')의 수축된 위치와, 기판 장착 영역(105b) 또는 짧은 확장 스테이션(short extension station) 사이의 기판들을 옮기는 절차는 실질적으로 다음과 같다. 기판(106)의 확장 및 배치 동안, 아암(200', 200'')이 "자체로 접혀 있는 상태(folded over itself)"를 유지하기 때문에, 기판 장착 영역(105b)은 소위 짧은 확장 스테이션이라고도 불린다. 도 2, 도 3A-3H, 도 6 및 도 8을 참조하면, 기판 이송에는 독립적으로 구동되는 세 개의 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c 또는 도 11의 1150, 1174, 1199), 상부 아암(201), 전방 아 암(202) 및 기판 홀더(203)(도 8의 801, 802에 도시)가 제공된다. 제 1, 제 2 및 제 3 드라이버들(도 6의 662, 664, 666 또는 도 11의 1148, 1179, 1190)은 작동되고, 제어기(208)에 의해 지시되어, 도 8의 803에 도시된 것과 같이 그들 각각의 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c, 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)을 개별적으로 회전시킨다. 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c, 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)은 시계 방향이나 반시계 방향으로 개별적으로 회전될 수 있다. 제어기(208)는 구동부(204, 204'')를 제어하여, 도 3A-3H 및 3J에 도시된 대로 아암 조립체(200', 200'')을 복합 "R" 운동(compound "R" movement)으로 실질적으로 회전시키고 확장 또는 수축시킨다. 아암 조립체(200', 200'')의 복합 R 운동을 수행하기 위하여, 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c, 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)은 비슷하지 않은 비율로 독립적으로 회전될 수 있다. 구동 샤프트들의 비슷하지 않은 회전 비율은 결과적으로 상부 아암(201), 전방 아암(201) 및 기판 홀더(203)의 회전 비율을 비슷하지 않게 한다.

도 3A-3H 및 3J는 기판 장착 영역(105b, 도 2 참조)으로 병진할 때의 상부 아암(201), 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)의 회전을 나타내고 있다. 예를 들어, 아암(200', 200'')이 도 3A에 도시된 수축 위치로부터 확장을 시작할 때, 도 3B에 도시된 것과 같이, 기판 홀더(203)가 반시계 방향(θ3)으로 회전하는 동안, 상부 아암(201) 및 전방 아암(202)은 시계 방향(θ1, θ2)으로 회전한다. 이때, 상부 아암(201)의 회전 방향(θ1)은, 도 3F 및 3G에 도시된 것과 같이 반경라인(radial line)(R)을 따라 기판(106)의 이송을 계속하도록, 시계 방향에서 반시계 방향으로 바뀔 수 있다. 마찬가지로, 기판 홀더(203) 및 전방 아암(202)의 회전 방향(θ2, θ3)도 또한 바뀔 수 있으며, 도 3H에 도시된 대로 기판 홀더가 시계 방향으로 회전되고 전방 아암이 반시계 방향으로 회전되어, 실질적으로 반경라인(R)을 따라 기판을 이송시킨다.

실질적으로 반경라인(R)을 따라 아암(200;, 200'')의 확장 동안, 도 3B-3H 및 도 8의 804에 도시된 것과 같이, 기판(106)의 중심(C)은 반경라인(R)을 따라 배치된다. 기판 홀더(203)는 반경라인(R)을 따라 직선으로 이동되도록 기판(106)의 중심(C)에 대하여 회전한다. 따라서, 일단 손목(755)이 반경라인(R)을 따라 옮겨지면, 도 3H에 도시된 것과 같이, 전방 아암(202) 및 상부 아암(201)에 대한 기판 홀더(203)의 회전은, 전방 아암(202) 및 상부 아암(201)이 회전하여 아암의 확장을 일으키는 동안, 손목(755)과 기판(106)의 중심(C)은 반경라인(R)을 따라 유지되는 그러한 방식이 된다. 따라서, 기판 홀더(203)는 이송 동안 반경라인(R)에 세로로(longitudinally) 얼라인된다(즉, 기판의 중심과 손목 조인트 축은 이송 경로 위에 배치된다). 손목(755) 및 기판(106) 중심(C)의 이송 경로들(501, 502)이 도 5에 도시되어 있다. 이송 동안에 세로로 얼라인 된 기판과 손목 조인트 축은, 기판 홀더(203)가 SEMI 제외 영역들(500)을 벗어나서 파괴하지 않도록 한다.

SEMI 기준에서 한정되는 장착 영역(105b)의 FOUP 제외 영역(500)과 기판 홀더(203)와의 사이에 존재할 수 있는 어떤 간섭은, 반경라인(R)을 따른 아암(200', 200'')의 확장 동안 제거될 수 있다. 본 실시예에 있어서, 이송 아암은, 도 4에서 알 수 있듯이, 쇼울더 축 Z1에 "X" 만큼 오프셋(offset) 되어 배치된 것으로 나타 난다. 대체 실시예들에 있어서, 아암은 쇼울더 축과, 105b와 비슷한 장착 영역으로의 이송 경로와의 사이에 오프셋 없이 배치될 수 있다. 또 다른 대체 실시예들에 있어서, 상부 아암(201)과 전방 아암(202) 간의 길이 차가 원하는 대로 변할 수 있다.

아암(200', 200'')이 기판(106)을 기판 장착 영역(105b) 내에서 원하는 위치에 이송할 때, 기판(106)은 기판 홀더(203)에 의해 릴리즈되어 기판 장착 영역(105b) 내에 옮겨질 수 있다. 기판(106)을 기판 홀더의 그립(grip)으로부터 릴리즈하기 위하여, 기판 홀더의 액티브 그립핑 메카니즘(active gripping mechanism)(미도시)이 기판을 릴리즈하기 위해 개시될 수 있다. 대체 실시예들에 있어서, 기판을 릴리즈 하기위하여, 기판 홀더 위에 기판(106)을 장착하는 진공의 전원이 꺼질 수 있다. 또 다른 대체 실시예들에 있어서, 기판을 릴리즈 하기 위하여 기판의 어떤 적절한 그리핑이 해제될 수도 있다. 장착 영역으로부터 기판을 고르고 그 기판을 그리핑하는 것은, 실질적으로 기판을 릴리즈 하는 것과 반대의 방법으로 수행된다.

아암(200', 200'')의 수축은, 아암(200', 200'')을 반경라인(R)을 따라 기판 장착 영역(105b)으로 확장하는데 사용된 방법과 실질적으로 반대의 방법으로 달성된다. 대체 실시예들에 있어서, 아암(200', 200'')의 수직 이송은 구동부(204)에 구동적으로 연결된 선형 구동(미도시)에 의해 제공될 수 있다. 아암(200', 200'')의 다른 짧은 확장 스테이션으로의 확장과 수축은 위에 기술된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 달성된다.

아암 조립체암(200', 200'')의 수축 위치와 기판 장착 영역(105b), 또는 긴 확장 스테이션(long extension station) 간의 기판을 옮기는 것에 대한 절차는 실질적으로 다음과 같다. 기판(106)이 장착 영역으로 이송되는 동안, 상부 아암(201), 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)가 확장되어 "자체로 접혀 있는 상태(folded over itself)"이 아니기 때문에, 기판 장착 영역(105b)는 소위 긴 확장 스테이션으로 불린다.

이제, 도 1, 도 2, 도 4, 도 6 및 도 9를 참조하면, (도 9의 901 및 902에 도시된 대로) 기판 처리 장치(100)와 기판 이송기(200)가 제공된다. 또한, 도 9의 903에 도시된 것과 같이, 기판(106)이 이송기(200)의 기판 홀더(203) 위에 제공된다. (도 1 및 도 5에서 가장 잘 나타나 있는) 아암(200', 200'')의 수축 위치로부터 확장됨. 이송기(200)의 세 개의 드라이브들(도 6의 662, 664, 666 또는 도 11의 1149, 1179, 1190)이 작동되고, 제어기(208)에 의해 지시되어 그 각각의 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)을 독립적으로 회전시키고, 따라서, 상부 아암9201), 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)를 회전시킨다. 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)은 위에 기술된 것과 같이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전될 수 있다. 상부 아암(201), 전방 아암(202) 및 기판 홀더(203)가 회전함에 따라, 도 9의 904에 도시된 것과 같이, 기판(106)은 (도 3A에 도시된) 포인트 P1으로부터 (도 2에 도시된) 기판 장착 영역(105a)에 가장 근접하여 배치된 포인트 P2로 이송된다. 대체 실시예들에 있어서, 포인트 P2는 기판 처리 장치 내부의 원하는 어떤 위치에도 배치될 수 있다.

제어기(208)는 구동부를 제어하여 (도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이)아암 조립체(200', 200'')를 경로 T1을 따라 복합 "T" 운동(compound "T" movement)으로 실질적으로 회전시키고 확장 또는 수축시켜, 기판 홀더(203)를 장착 영역(105a)로 직선으로 이송시킨다. 따라서, 아암 조립체(200', 200'')는 도 9의 905에 도시된 대로 기판(106)을 장착 영역(105a)으로 직선이송시킨다. 아암 조립체(200')의 복합 "T" 운동을 수행하기 위하여, 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c, 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)은 비슷하지 않은 비율로 독립적으로 회전될 수 있다. 구동 샤프트들의 비슷하지 않은 회전 비율은 결과적으로 상부 아암(201), 전방 아암(201) 및 기판 홀더(203)의 회전 비율을 비슷하지 않게 한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같이, 아암(200', 200'')이 포인트 P2로부터 기판 장착 영역(105a)로 이송될 때, 상부 아암(201)은 축 Z1에 대하여 반시계 방향(θ1)으로 회전하고, 전방 아암(202)은 축 Z2에 대하여 반시계 방향(θ2)으로 회전하고, 기판 홀더(203)는 축 Z3에 대하여 시계 방향(θ3)으로 회전한다. 복합 "T" 운동 동안, 기판 홀더(203)는, 예를 들면, 경로 T1을 따라 세로로(longitudinally) 얼라인을 유지하여, 영역(105a)으로의 이송 동안 기판 홀더는 기판 장착 영역(105a)에 수직이다.

아암(200', 200'')의 수축은, 아암(200', 200'')을 기판 장착 영역(105b)으로 확장하는데 사용된 방법과 실질적으로 반대의 방법으로 달성된다. 대체 실시예들에 있어서, 아암(200', 200'')의 수직 이송은 구동부(204, 204')에 구동적으로 연결된 선형 구동에 의해 제공될 수 있다. 아암(200', 200'')의 다른 긴 확장 스 테이션(long extension station)으로의 확장과 수축은, 예를 들어 105c에 대하여, 위에 기술된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 달성된다.

도 10에 도시된 본 실시예에 있어서, 이송 아암(200''')은 이송 아암들(200', 200'')과 실질적으로 비슷하다. 이송 아암(200''')은 확장 비에 동일한 풋프린트를 가지고, 아암들(200', 200'')과 실질적으로 동일한 길이의 상부 아암과 전방 아암을 가진다. 위에 기술된 것은 장착 영역(105a-c)이 세 개이지만, 본 실시예에서는 기판 장착 스테이션(105d, 105e)이 두 개이다. 이송기(200''')는, 예를 들면, 도 10에 도시된 기판 장착 영역들(150d, 105e)의 T3 및 T4와 같이 두개의 이송 축 사이에 실질적으로 위치한다. 대체 실시예들에 있어서, 이송기는 처리 장치 내부의 원하는 다른 어떤 위치에도 배치될 수 있다.

기판을 T3 및 T4를 따라 기판 장착 영역들(105d, 105e)로 이송하는 것은, 기판을 T1 및 T2를 따라 기판 장착 영역들(105a, 105b, 105c)로 이송하는 것과 실질적으로 동일하다. 제어기(208)는 구동부를 제어하여 (도 2 및 도 4에 도시된 것과 같이) 경로 T3을 따라 복합 "T" 운동(compound "T" movement)으로 아암 조립체(200''')를 실질적으로 회전시키고 확장 또는 수축시켜, 기판 홀더(203)를 장착 영역(105d)로 직선으로 이송시킨다. 따라서, 아암 조립체(200''')는 기판(106)을 장착 영역(105d)으로 직선이송시킨다. 아암 조립체(200''')의 복합 "T" 운동을 수행하기 위하여, 구동 샤프트들(도 6의 668a, 668b, 668c, 또는 도 11의 1150, 1174, 1199)은 비슷하지 않은 비율로 독립적으로 회전될 수 있다. 구동 샤프트들의 비슷하지 않은 회전 비율은, 경로 T1 및 T2를 따른 이송에 관하여 위에서 설명 한 대로, 결과적으로 상부 아암(201), 전방 아암(201) 및 기판 홀더(203)의 회전 비율을 비슷하지 않게 한다. 복합 "T" 운동 동안, 기판 홀더(203)는, 예를 들면, 경로 T3를 따라 세로로(longitudinally) 얼라인을 유지하여, 영역(105d)으로의 이송 동안, 기판 홀더는 기판 장착 영역(105d)에 수직이다.

기판을 긴 확장 스테이션으로 릴리즈하고(release), 배치하고(place), 고르는(pick)하는 것은 위에 기술된 짧은 확장 스테이션에 대한 것과 실질적으로 동일하게 수행된다. 또한, 스테이징 영역(101)이 짧은 확장 스테이션인지 긴 확장 스테이션인지 여부에 따라, 위에 기술된 것과 실질적으로 동일한 방식으로 기판 스테이징 영역(staging area)(101)으로 기판을 고르고 배치할 수 있다. 또한, 위에 기술된 것과 같이, 아암(200', 200'')은 확장 및 수축하여, 기판이 스테이징 영역(101)으로 배치하기 전에 기판 기준이 사전 설정된 위치에 정렬되도록 하기 위하여, 기판을 프리-얼라이너(pre-aligner)(도 1의 102) 위에 배치할 수 있다.

전술한 설명들은 단지 본 발명에 대한 예시임을 이해하여야 한다. 본 발명으로부터 떨어지지 않는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 대체품들과 수정품들이 고안될 수 있다. 따라서, 본 발명은 청구 범위에 속하는 그러한 모든 대체품들, 수정품들 및 변형품들을 포함하도록 고안되었다.

본 발명은 관절 아암(articulated arm)을 구비한 기판 이송 장치에 적용될 수 있다.

Claims

구동부;

상기 구동부에 동작하도록 연결된 제어기; 및

상부 아암(upper arm), 전방 아암(forearm) 및 기판 홀더를 구비한 기판 이송기;를 포함하고,

상기 상부 아암의 거의 끝은 쇼울더 조인트에서 상기 구동부에 회전가능하도록 장착되고, 상기 전방 아암의 거의 끝은 엘보우 조인트에서 상기 구동부에 회전가능하도록 장착되고, 상기 기판 홀더는 손목 조인트에서 상기 전방 아암의 말단(distal end)에 회전 가능하도록 장착되고, 상기 상부 아암 및 전방 아암의 조인트 중심으로부터 조인트 중심까지의 길이가 같지 않으며,

상기 기판 이송 아암은, 상기 장착 영역에 대하여 고정된 위치에서 유지되는 상기 이송 장치의 상기 구동부를 구비한, 적어도 두 개의 기판 장착 영역들로 및 상기 영역들로부터 기판을 이송하는데 적용되는 기판 이송 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 아암은 상기 전방 아암보다 길이가 짧은 기판 이송 장치.
제2항에 있어서,

상기 구동부는 제1, 제2 및 제3 드라이브를 포함하고,

상기 제1 드라이브는 제1 구동 샤프트에 구동가능하게 연결되고, 상기 제2 드라이브는 제2 구동 샤프트에 구동가능하게 연결되고, 상기 제3 드라이브는 제3 구동 샤프트에 구동가능하게 연결되는 기판 이송 장치.
제3항에 있어서,

상기 제어기는 상기 제1, 제2 및 제3 드라이브에 제어신호를 전송함으로써, 상기 상부 아암, 상기 전방 아암 및 상기 기판 홀더를 회전시키는 기판 이송 장치.
제3항에 있어서,

상기 상부 아암은 제1 구동 샤프트에 장착되어 상기 구동 샤프트와 일치되어 회전하고, 상기 전방 아암은 상기 상부 아암에 회전가능하게 장착되어 상기 상부 아암에 대하여 회전하는 기판 이송 장치.
제5항에 있어서,

상기 기판 홀더는 상기 전방 아암에 회전가능하게 장착되어 상기 전방 아암 및 상기 상부 아암에 대하여 회전하는 기판 이송 장치.
제6항에 있어서,

상기 전방 아암은 상기 제2 구동 샤프트에 구동가능하게 연결되고, 상기 기판 홀더는 상기 제3 구동 샤프트에 구동가능하게 연결되는 기판 이송 장치.
제2항에 있어서,

상기 상부 아암, 상기 전방 아암 및 상기 기판 홀더는 서로 독립적으로 회전하여, 적어도 두 개의 기판 장착 영역들로 및 상기 영역들로부터 기판을 이송하는 기판 이송 장치.
제8항에 있어서,

상기 이송 아암은, 상기 적어도 두 개의 기판 장착 영역들 각각에 대응되는 적어도 두 개의 실질적으로 평행한 이송 축을 따라, 상기 적어도 두 개의 기판 장착 영역들로 및 상기 영역들로부터 기판을 실질적으로 직선으로 이동시키는 기판 이송 장치.
제9항에 있어서,

상기 적어도 두 개의 기판 장착 영역들은 서로에 관하여 실질적으로 일렬로 배열되고, 서로로부터 등거리인 제1 및 제2 장착 영역들을 포함하고,

상기 제1 및 제2 기판 장착 영역들은 이송 축들에 실질적으로 수직으로 향하는 기판 이송 장치.
제9항에 있어서,

상기 적어도 두 개의 기판 장착 영역들은 서로에 대하여 실질적으로 정렬되 고, 서로로부터 등거리인 제1, 제2, 및 제3 장착 영역들을 포함하고,

상기 제2 기판 장착 영역은 상기 제1 및 제3 기판 장착 영역 사이에 있고,

상기 제1, 제2 및 제3 장착 영역들은 이송 축들에 실질적으로 수직으로 향하는 기판 이송 장치.
제11항에 있어서,

상기 구동부의 중심은, 상기 제2 기판 장착 영역에 대응하는 이송 축으로부터 오프셋 되고, 상기 제1 및 제3 장착 영역들에 대응하는 이송 축들 사이에 있는 기판 이송 장치.
제2항에 있어서,

상기 기판 홀더는 독립적으로 회전되어, 상기 이송 아암(transport arm)이 반경라인(radial line)을 따라 수축 위치로부터 확장될 때, 상기 기판 중심 및 손목 포인트가 상기 반경라인을 따라 배치될 때까지, 상기 손목은 상기 기판의 중심에 대하여 회전하는 기판 이송 장치.
제1항에 있어서,

반경 방향의 확장 및 수축 동안, 상기 손목은 비반경 방향 경로(non-radial path)를 따르는 기판 이송 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더 각각은 서로에 대하여 독립적으로 회전가능한 기판 이송 장치.
상부 아암(upper arm), 전방 아암(forearm) 및 기판 홀더를 갖는 스카라 아암(SCARA arm)을 구비한 기판 이송 장치에 있어서,

상기 이송 장치는, 상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더의 길이에 일치하는 스윙 직경 및 확장 길이를 가지고,

상기 장치는, 상기 상부 아암과 전방 아암의 길이가 다르고, 사전 설정된 스윙 직경에 대한 상기 이송 장치의 확장의 최대 길이를 일으키는, 독립적으로 회전가능한 상부 아암 및 전방 아암과, 독립적으로 회전 가능한 기판 홀더를 포함하는 기판 이송 장치.
제16항에 있어서,

상기 상부 아암은 상기 전방 아암보다 길이가 짧은 기판 이송 장치.
제16항에 있어서,

상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더 각각은 서로에 대하여 독립적으로 회전가능한 기판 이송 장치.
프레임 및 제1, 제2 및 제3 드라이브를 갖는 구동부를 구비한 기판 이송 장치를 제공하는 단계;

독립적으로 회전 가능한 상부 아암, 독립적으로 회전 가능한 전방 아암, 및 독립적으로 회전가능한 기판 장착용 기판 홀더를 가지며,

상기 상부 아암과 전방 아암은 조인트(joint) 중심에서 조인트 중심까지 길이가 다르고, 회전가능하게 끝에서 서로 결합되고, 상기 상부 아암은 반대쪽 끝에서 상기 프레임에 회전가능하게 장착되고, 상기 기판 홀더는 손목 조인트에서 상기 전방 아암의 말단(distal end)에 회전가능하게 결합되는, 아암 조립체를 제공하는 단계 ;

상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더의 각 개별적인 회전을 일으키고, 상기 상부 아암, 전방 아암 및 기판 홀더 각각의 개별적인 회전은, 반경라인(radial line)을 따라 상기 기판 홀더 위에 기판을 움직이는, 제1 , 제2 및 제3 드라이브를 작동시키는 단계;를 포함하고,

상기 기판홀더는, 상기 기판이 반경 라인으로 움직이는 동안 상기 기판의 중심에 대하여 회전하는 기판 이송 방법.
제19항에 있어서,

상기 기판 홀더는 기판 장착 영역으로 회전하여 기판을 고르고 배치하는 기판 이송 방법.
제19항에 있어서,

상기 상부 아암은 상기 전방 아암보다 길이가 짧은 기판 이송 방법.
제19항에 있어서,

선형 드라이브는 상기 아암 조립체에 구동가능하게 연결되어 수직축을 따라 상기 기판을 이송하는 기판 이송 방법.
제19항에 있어서,

상기 상부 아암은 상기 제1 드라이브에 구동가능하게 연결되고, 상기 전방 아암은 상기 제2 드라이브에 구동가능하게 연결되며, 상기 기판 홀더는 상기 제3 드라이브에 구동가능하게 연결되는 기판 이송 방법.
동일한 방향을 향하는 두 개의 이격되고 일렬로 배열된 기판 장착 스테이션들에, 또는 동일한 방향을 향하는 다른 세 개의 이격되고 일렬로 배열된 기판 장착 스테이션들에, 기판들을 선택적으로 이송하기 위한 세 개의 링크 아암을 포함하는 기판 이송 장치로서,

상기 세 개의 링크 아암의 손목은 각 기판 장착 스테이션에 평행 경로를 따라 이동하고, 상기 세 개의 링크 아암의 구동부는 상기 장착 스테이션에 대하여 고정되어 있는 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

상기 두 개의 기판 장착 스테이션들 사이 및 상기 세 개의 기판 장착 스테이션들 중 어느 두 개의 스테이션들 사이의 간격은 실질적으로 동일한 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

상기 구동부는, 말단 장착 스테이션 사이의 세 개의 링크 아암의 쇼울더 조인트에 고정된 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

말단 장착 스테이션에 평행한 경로는 상기 세 개의 링크 아암의 쇼울더 조인트를 스트래들(straddle)하는 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

기판이 이송 경로를 따라 움직일 때, 상기 기판은 SEMI 제외 영역을 벗어나는 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

상기 아암은 사전 설정된 리치(reach)에 대한 비율에 도달하기 위하여 최소 풋프린트(footprint)를 갖는 기판 이송 장치.
제28항에 있어서,

장착 스테이션들 사이의 간격은 SEMI 기준을 준수하는 기판 이송 장치.