KR20110052462A

KR20110052462A - Ｚ 동작 및 관절 아암을 갖는 선형 진공 로봇

Info

Publication number: KR20110052462A
Application number: KR1020100105257A
Authority: KR
Inventors: 지 선 호이; 테리 블럭; 호앙 휘 부; 지민 류
Original assignee: 인테벡, 인코포레이티드
Priority date: 2009-11-10
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-05-18
Also published as: JP5984036B2; TWI458612B; CN102110633B; CN102110633A; KR101829186B1; JP2011103463A; TW201124245A

Abstract

오늘날 사용하는 시스템에 비해 합리적인 비용으로 향상된 처리량을 효과적으로 생산하기 위해서 웨이퍼를 포함하는 기판을 운송하고 처리하기 위한 장치 및 방법이 설명된다. 선형 운송 챔버는 선형 트랙 및 로드 락을 통과하 제어된 대기 안으로 기판을 이송하기 위한 처리 챔버의 측면을 따른 후에 처리 챔버에 도달하는 한 방법으로서 운송 챔버를 따라 기판을 선형적으로 운송하기 위해 상기 선형 트랙 상에서 다니는 로봇 아암을 포함한다. 선형 이동, 회전 및 관절 연결, 및 z-동작이 가능한 4-축 로봇 아암이 개시된다.

Description

Ｚ 동작 및 관절 아암을 갖는 선형 진공 로봇{LINEAR VACUUM ROBOT WITH Z MOTION AND ARTICULATED ARM}

본 출원은 2006 년 9 월 19 일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 11/523,101 호, 2008 년 12 월 1 일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 12/325,993 호, 및 2009 년 2 월 9 일에 출원된 미국 특허 출원 일련 번호 12/368,241 호의 일부 계속 출원이다. 본 출원은 2009 년 11 월 10 일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 61/259,928 호로부터의 우선권을 청구한다.

본 발명은 일반적으로 기판 및 특히 웨이퍼를 운송 및 처리하기 위한 신규한 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 Z-동작 및 관절 아암을 갖는 선형 동작 진공 로봇에 관한 것이다.

반도체 제조시에, 웨이퍼 제조에 사용되는 키 유닛 중 하나는 클러스터 장비 (cluster tool) 로 불리는 일반적인 장비이다. 통상적인 시판용 장치는 원주를 따라 부착된 챔버를 가지는 일반적으로 다각형인 중앙 운송 영역을 갖는다. 챔버는 중앙 영역 주위에서 외부방향으로 연장한다. 웨이퍼가 처리될 때, 이들은 먼저 중앙 챔버의 원주상에서 입력/출력 스테이션으로부터 중앙 운송 챔버 안으로 이동된 후에 중앙 운송 챔버로부터 프로세싱이 수행되는 부착식 또는 원주형 처리 챔버 안으로 이동된다. 이 장비에서, 오늘날 사용되는 실질적으로 대영역의 반도체 및 평판에서, 웨이퍼를 차례로 처리하는 것이 실행된다. 웨이퍼는 처리를 위한 챔버 안으로 이동된 후에 중앙 운송 챔버로 되돌아온다. 이 다음에는 다른 원주형 처리 챔버로 이동한 후에 처리되고, 중앙 운송 챔버로 되돌아온다. 결국, 완전히 처리되었을 때 웨이퍼는 완전히 장비 외부로 이동된다. 외부로의 이동은 입력/출력 스테이션 또는 진공 시스템과 연결되어 있고 일반적으로 로드 락으로 불리는 챔버를 다시 통과하고 여기에서 웨이퍼가 진공 상태로부터 대기로 이동한다. 이 유형의 유닛이 예를 들어 미국 특허 출원 4,951,601 에 기재되어 있다.

다른 장비는 중앙 축선을 따라 웨이퍼를 인덱싱하고 주위의 처리 챔버에 웨이퍼를 넣는다. 이 장비에서, 모든 웨이퍼는 다음의 처리 스탑으로 동시에 넣어진다. 웨이퍼는 독립적으로 처리될 수 있더라도 독립적으로 이동될 수는 없다. 모든 웨이퍼는 동일한 시간 동안 하나의 처리 스테이션에 머무르지만, 각각의 스테이션에서의 처리는 물론 각각의 스테이션에서 허용된 최대 시간까지 독립적으로 제어될 수 있다. 이 방식으로 작업하기 위해 첫 번째로 기재된 장비가 만들어질 수 있지만, 그러나 사실, 웨이퍼가 차례대로 인접한 처리 챔버로 진행하지 않고 모두가 처리 챔버에서 동일한 체류 시간을 가질 필요가 없도록 웨이퍼를 이동시킬 수도 있다.

이들 시스템 중 하나가 작동될 때, 중앙 영역은 일반적으로 진공 상태이지만, 몇몇의 다른 미리 선택되거나 미리 결정된 제어된 환경에 있을 수도 있다. 중앙 부분은, 예를 들어, 처리 챔버에서 수행되는 처리에 유용한 가스 분위기를 가질 수 있다. 중앙 구역의 외부 표면을 따르는 챔버 또는 격실도 일반적으로 진공 상태에 있지만, 역시 미리선택된 제어된 기상 환경을 가질 수도 있다. 또한 중앙 챔버로부터 부착된 챔버 또는 격실까지 진공 상태에서 웨이퍼를 이동시킴으로써 일반적으로 진공에서 처리가 수행된다. 일반적으로, 일단 웨이퍼가 처리를 위해 챔버 또는 격실에 도달하면, 챔버 또는 격실은 중앙 챔버로부터 밀폐된다. 이는 처리 챔버 또는 격실에서 사용되는 물질 및/또는 가스가 중앙 구역에 도달하는 것을 방지하여서, 부착된 처리 챔버뿐만 아니라 중앙 구역에서 대기의 오염을 방지하고 및/또는 처리되거나 더 처리되기를 대기하고 있는 중앙 구역에 위치된 웨이퍼의 오염을 방지할 수 있다. 이는 또한 처리 챔버가, 챔버에서 실시될 특별한 처리를 위해 중앙 운송 챔버에서 사용되는 것과 상이한 진공 레벨에서 설정될 수 있도록 해준다. 예를 들어, 챔버의 처리 기술이 진공을 더 요구한다면, 중앙 구역과 챔버 사이의 공간의 시일로, 챔버 자체가 하방으로 더 펌핑되어서 그 챔버 내에서 수행될 특별한 처리를 위한 처리 요건을 만족시킬 것이다. 대안적으로, 진공이 덜 요구된다면, 중앙 챔버의 압력에 영향을 주지 않고 압력이 증가될 수도 있다. 웨이퍼의 처리가 완료된 후에, 웨이퍼는 중앙 챔버로 되돌아온 후에 시스템 외부로 이동된다. 이 방식으로, 웨이퍼는 챔버 및 이용가능한 모든 공정을 순차적으로 통과하여 이 장비를 통해 진행할 수도 있다. 대안적으로 웨이퍼는 오직 하나 또는 선택된 챔버만을 통과하여 진행하고 오직 선택된 공정에만 노출될 수도 있다.

이들 공정의 변형 또한 당 분야에 제공된 설비에 사용될 수 있다. 그러나, 이들 모두는 다양한 공정에 필수적인 중앙 영역 또는 구역에 따라 달라지는 경향이 있다. 또한 이러한 설비의 뚜렷한 용도는 웨이퍼를 만드는 것이기 때문에, 웨이퍼의 관점에서 주로 논의될 것이다. 그러나, 논의되는 공정의 대부분이 일반적인 기판, 예를 들어 평판 디스플레이, 태양 전지판, 발광 다이오드 등에 이용가능하고, 이러한 기판 및 이러한 제조 설비의 응용에 대해서도 논의가 이루어져야 한다는 것을 알아야만 한다.

최근에 형상이 다각형이 아닌 선형이고, 웨이퍼가 처리를 위해서 하나의 챔버에서 다음 챔버로 이동한다는 점에서 이들 종래 유닛과 구별되는 시스템이 기재되었다. 웨이퍼가 하나의 챔버에서 인접한 챔버로 차례대로 이동하기 때문에, 설비의 일부로서 중앙 구역이 필요하지 않게 된다. 이 장비에서, 웨이퍼는 유닛으로 들어가고, 일반적으로 웨이퍼가 시스템을 통과해 이동함에 따라 웨이퍼과 함께 이동하는 척 (chuck) 에 부착된다. 이 유닛에서, 각각의 챔버에서 동일한 시간 동안 처리가 수행된다.

이 시스템은 이 분야에서 통상적인 것보다 더 작은 풋프린트 (footprint) 를 갖는데, 왜냐하면 풋프린트가 오직 처리 챔버의 풋프린트와 비슷하고 큰 중앙 구역을 포함하지 않기 때문이다. 이는 이 유형의 설비의 이점이다. 이 시스템은 계류중인 특허 공개 공보 제 2006/0102078 A1 호에 기재되어 있다. 이 특별한 시스템은 각각의 처리 스테이션에서 균일한 체류 시간을 갖는다. 이는 최장 체류 기간의 길이에 의해 당연히 제한되는 처리시에 몇몇 차이점이 생기게 할 수 있다. 여러 스테이션에서 독립적으로 제어되는 체류 시간을 요구한다면, 다른 접근이 바람직할 수도 있다. 또한 이 유형의 설비는, 하나의 스테이션이 보수 또는 유지를 위해 작동이 안된다면, 전체 시스템 자체가 처리에 이용될 수 없다는 단점을 갖는다.

본 발명은 작은 풋프린트를 유지하면서 처리 스테이션에서 따로따로 제어되는 체류 시간을 허용하기 위한 신규한 웨이퍼 처리 유닛에 관한 것이다. 또한 스테이션 하나 이상이 하나의 이유 또는 다른 이유로 인해 정지되더라도 작업이 계속 진행되도록 해준다. 부분적으로 이는 반도체 제조 비용이 상당이 높고 비용이 증가한다는 것을 감안한 것이다. 비용이 높아질수록, 이 분야에서의 투자를 착수하는데 대한 위험이 커진다. 합리적인 백분율로 비용을 낮추고 제조의 "Lean" 원리에 따라 향상된 시스템 및 서비스를 제공하는 장비를 규정하는 것이 목적이다. 따라서 작은 풋프린트를 유지하면서 처리 챔버를 최대화하는 것이 목적이다. 다른 목적은 처리 스테이션 활용을 최대화하는 것이다. 다른 목적은 로봇 기계 및 이 장비의 점검을 간단하게 하는 것이다. 상기 시스템은, 메인프레임 점검 동안에도 처리를 위한 시스템의 100 % 까지의 이용도를 포함하는 상당한 중복을 제공할 것이다. 이러한 경우에, 더 적은 챔버가 사용될 것이지만 모든 프로세스는 웨이퍼의 처리에 이용하도록 계속될 수 있다. 챔버의 점검 또는 처리는 처리 챔버의 전후에서 가능할 것이다. 추가적으로, 바람직한 실시형태에서, 처리 챔버는 선형 배열로 셋업될 것이다. 이는 다양한 처리 스테이션에서 웨이퍼를 위한 개별적인 프로그램을 허용하는 시스템을 위한 가장 작은 풋프린트를 보장한다.

처리 챔버는 일반적으로 처리 웨이퍼와 관련하여 이용하는 임의의 다양한 프로세스를 수행하는 능력을 가질 수도 있다. 예를 들어 웨이퍼의 제조시에, 웨이퍼는 일반적으로 특히, 하나 이상의 에칭 단계, 하나 이상의 스퍼터링 또는 물리적 기상 증착 프로세스, 이온 주입, 화학적 기상 증착 (CVD) 및 가열 및/또는 냉각 프로세스를 통해 실시될 수 있다. 웨이퍼를 만들기 위한 처리 단계의 수는, 이들 다양한 프로세스를 수행하기 위해서 종래의 장치를 이용한다면 대형 서브시스템을 갖는 다중 장비 또는 장비가 요구될 수도 있다는 것을 의미할 수 있다. 그러나, 일시적인 시스템은, 추가적인 기능적인 스테이션이 크기의 상당한 증가 없이 또는 새로운 전체 시스템을 추가할 필요 없이 추가될 수 있다는 다른 이점을 제공한다.

이들 다양한 목적을 달성하기 위해서, 웨이퍼의 운송은 챔버 설계와 독립적인 구조가 된다. 따라서 챔버는 특정 처리 능력을 갖는 챔버로서 수행하도록 설계되고 운송 시스템은 독립적으로 챔버 설계를 하도록 구성되고 처리 챔버로부터 및 처리 챔버로 웨이퍼를 이송하도록 구성된다. 기재된 실시형태에서의 운송은 진공 벽을 통과해 결합되는 선형 및 회전 동작에 기초한 단일 연결 아암에 따라 달라진다. 비용을 낮게 유지하는 것과 긴밀히 연관되도록, 챔버 설계는 모듈성에 기초한다. 따라서, 일 실시형태에서, 시스템은 3 개의 챔버를 가질 수도 있거나 또는 매칭 구조가 이용될 수도 있고 시스템은 6 개의 챔버를 가질 수 있다. 대안적으로 이 마지막 문장은 다른 다수 개뿐만 아니라 4 개 및 8 개의 챔버로 반복될 수 있거나, 또는 상이한 개수의 처리 스테이션을 갖는 모듈이 매치될 수도 있다.

시스템은 확장가능하고 또한 앞으로의 프로세스 또는 응용으로서 적용될 수도 있는 기술과 상관없이 확장가능하다. 선형 웨이퍼 운송이 사용된다. 이는 클린 룸에서 추가 공간을 요구하지 않는 작은 풋프린트 시스템에서의 처리량을 높여준다. 또한 상이한 처리 단계가 동일한 처리 플랫폼 안으로 구성될 수 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 기판 처리 시스템이 개시되고, 상기 기판 처리 시스템은, 진공 부분 및 대기 부분을 가지는 기다란 기판 운송 챔버, 진공 부분 내의 운송 챔버에 고정된 제 1 선형 트랙, 대기 부분에 있는 운송 챔버에 고정된 제 2 선형 트랙, 상기 제 1 선형 트랙 상에서 선형적으로 다니는 제 1 베이스, 상기 제 2 선형 트랙 상에서 선형적으로 다니는 제 2 베이스, 상기 제 1 베이스 상에 장착되고 입력부에서 자기 결합식 팔로워를 가지고 출력부에서 낮은 회전 속도를 제공하는 감속 장치, 상기 제 2 베이스 상에 장착되고 자기 드라이버를 회전시키는 회전 모터로서, 상기 자기 드라이버는 진공 파티션을 가로질러 자기 결합식 팔로워에 회전 동작을 부여하는 회전 모터, 및, 상기 감속 장치의 출력부에 결합되는 로봇 아암을 포함하고, 입력부에서 자기 결합식 팔로워를 가지는 z-동작 모듈이 제 1 베이스에 고정되고, 제 2 베이스에 제 2 회전 모터가 고정되고 z-동작 팔로워에 회전 동작을 부여하여서 로봇 아암에 z-동작을 부여한다. 선형 모터는 제 2 베이스에 고정되어서 선형 동작을 부여할 수도 있고, 자기화 휠이 제 2 베이스에 결합될 수도 있다. 선형 동작 인코더가 제 2 베이스에 결합될 수도 있고 회전 인코더가 회전 모터에 결합될 수도 있다. 두 개의 로봇 아암을 갖는 시스템에서, 아암 연장부는 로봇 아암 중 하나에 결합되어서 로봇 아암의 회전 축이 일치하도록 할 수도 있다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 진공 운송 챔버를 통해 로드락으로부터 처리 챔버로 웨이퍼를 운송하기 위한 방법이 제공되고, 상기 방법은, 운송 챔버 내부에 로봇 아암을 제공하는 단계, 진공 파티션을 가로질러 로봇 아암에 선형 동작을 자기 결합시켜서 로봇 아암을 선형적으로 운송하는 단계, 진공 운송 챔버 내부에서 회전 동작의 속도를 감소시키면서 로봇 아암을 회전시키기 위해서 진공 파티션을 가로질러 회전 동작을 자기 결합시키는 단계, 로봇 아암을 상승시키기 위해서 진공 파티션을 가로질러 회전 동작을 자기 결합시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 양태에 따르면, 로봇 아암이 작동하는 진공 환경에서 임의의 와이어 또는 모터를 가지지 않고도 4 축 동작 (선형, 회전, 연장, Z-이동) 을 가지는 로봇 아암이 가능하다. 다양한 동작에 요구되는 모든 모터 및 전자장치는 진공 챔버의 외부에 위치되는 반면, 로봇 아암의 4 축 동작에 필요한 모든 동력은 진공 챔버의 벽을 가로질러 결합된다.

도 1 은 PVD 용 종래 클로스터 장비의 개략도이다.
도 2 는 전술된 특허 출원 공보 (2006/0102078 A1) 에 기재된 시스템의 개략도이고 종래 시스템의 종류이다.
도 3 은 본 발명에 따른 처리 시스템의 개략도이다.
도 4 는 운송 챔버를 보다 명확하게 도시하기 위한 상면 개략도이다. 이 도면에는, 3 개의 처리 스테이션 구조물이 있지만 스테이션의 이 수는 오직 도식을 위한 것이다.
도 5 는 로드 락으로부터 트랜스포트 또는 운송 챔버 안으로의 시스템의 구획의 개략도이다.
도 6 은 시스템용 용기 외부에서 보여지는 웨이퍼 이동 기구의 개략도이다.
도 7 은 바람직한 실시형태에 적용되는 트랙 및 드라이브 시스템의 개략도이다.
도 7a 는 선형 동작 어셈블리의 예를 도시한다.
도 7b 는 선형 동작 어셈블리의 다른 실시형태를 도시하는, 도 4 의 선 A-A 에 대한 단면도이다.
도 7c 는 대기에서의 선형 트랙 및 진공 상태에서의 선형 트랙의 예를 도시하는 개략도이다.
도 7d 는 대기에서의 선형 트랙 및 진공 상태에서의 선형 트랙의 다른 예를 도시한다.
도 8 은 본 발명에 따른 4-스테이션 물리적 기상 증착 (PVD) 또는 스퍼터링 시스템의 개략도이다.
도 9 는 본 발명에 따른 8-스테이션 시스템의 개략도이다.
도 10 은 본 발명에 따른 6-챔버 시스템의 개략도이다.
도 11a 및 도 11b 는 본 발명의 두 개의 상이한 실시형태의 개략도이다.
도 12 는 텐덤 유형 처리 챔버에 적용되는 획기적인 메인프레임의 예를 도시한다.
도 13 은 상이한 처리 챔버의 조합을 갖는 획기적인 메인프레임의 또 다른 예를 도시한다.
도 14 는 상이한 유형의 처리 챔버가 선형 운송 챔버에 부착되는 다른 예를 도시한다.
도 15 는 기판 처리의 높은 처리량을 위해 획기적인 메인프레임이 사용되는 다른 예를 도시한다.
도 16 은 두 개의 선형 운송 시스템의 차례대로 수직으로 적층된 실시형태를 도시한다.
도 17 은 로봇 아암에 동력을 제공하기 위해 유도 전류가 사용되는 획기적인 메인프레임 시스템의 예를 도시한다.
도 18a ~ 도 18c 는 본 발명의 실시형태에 따른 관절 아암 로봇을 도시한다.
도 19a 및 도 19b 는 본 발명의 실시형태에 따른 4-축 로봇 아암을 도시한다.

도 1 을 참조하면, 오늘날 일반적으로 사용되는 유형의 클러스터 장비가 도시된다. 일반적으로, 이것은 중앙 챔버 (22) 주위에 반경방향으로 배치되어 부착되는 처리 챔버 (21) 를 포함한다. 이 시스템에는, 두 개의 중앙 챔버가 있다. 다른 시스템은 오직 하나의 중앙 챔버를 가질 수도 있다. 다루기 힘들어서 대신에 사용자가 일반적으로 다른 시스템을 얻게 되는 것만 제외하면 두 개 이상의 챔버를 가지는 시스템이 존재할 수 있다. 작동시에, 로봇은 통상적으로 각각의 중앙 챔버(22) 내에 위치된다. 로봇은 시스템 안으로 웨이퍼를 받아들이고 중앙 챔버로부터 처리 챔버로 웨이퍼를 이동시키고 처리 후에 다시 중앙 챔버로 이동시킨다. 몇몇 종래 시스템에서는, 중앙 로봇은 한번에 오직 하나의 웨이퍼 및 하나의 챔버를 이용할 수 있다. 따라서, 로봇은 웨이퍼가 단일 챔버에 있는 동안 관련된 처리 동안에 열심이거나 바쁘게 될 수 있다. 처리 동안에 처리 스테이션에 묶인 단일 로봇의 이 조합은 이 유형의 클러스터 장비의 출력량에 대한 제한이 된다. 보다 현대적인 유닛은 멀티-아암인 로봇 장치를 이용한다. 처리 챔버는 임의의 유형의 프로세서를 포함할 수도 있고 예를 들어 물리적 기상 증착을 위한 챔버, 화학적 기상 증착 (CVD) 또는 에칭 또는 웨이퍼의 제조 동안에 웨이퍼에 수행될 수도 있는 다른 목적을 위한 챔버를 포함할 수도 있다. 이 유형의 장비는, 로봇 장치에 의한 챔버 안으로의 운송 및 웨이퍼가 처리될 때의 챔버로부터의 제거에 의한 운송이 다른 요소들과 독립적이고 컴퓨터 제어식이기 때문에 상이한 기간 동안의 처리를 가능하게 한다. 명백하게 처리는 동일한 시간 동안 그리고 규정된 순서에 대해 설정될 수 있다.

도 2 를 참조하면, 웨이퍼 처리를 위한 장비가 도시되고 각각의 챔버에서 챔버 내에서의 웨이퍼의 체류 시간이 동일하다. 이 실시형태에서, 프로세서 (23) 는 선형적으로 열을 이루고 이 경우에 챔버들은 차곡차곡 그리고 서로 인접하여 위치된다. 단부에는 일 레벨로부터 다른 레벨로 처리될 웨이퍼를 이동시키는 엘리베이터 (25) 가 있다. 입구 (26) 에서는 웨이퍼가 들어가서 웨이퍼가 시스템을 통과해 이동함에 따라 유지되는 지지체에 위치된다. 이 시스템의 실시형태에서, 지지체는 웨이퍼를 프로세서의 상부 레벨로 들어올리고 그 다음에 웨이퍼는 그 레벨에 있는 처리 챔버 (23) 를 통과해 차례대로 이동한다. 엘리베이터 (25) 는 웨이퍼의 위치를 바꾼 후에 다른 레벨을 따라서, 다시 일 처리 챔버로부터 통과하여 다음 챔버를 통과하여서, 시스템 외부로 이동한다.

도 3 을 참조하면, 처리 챔버 (31) 는 운송 챔버 (32) 를 따라 선형으로 위치된다. 웨이퍼가 EFEM (Equipment Front End Module; 33) 또는 몇몇 등가의 이송 장치를 통과하여 시스템 (34) 으로 들어간다. EFEM (33) 은 스테이션 (30) 을 포함하고 그 위에는 FOUP (From Front Opening Unified Pod) 가 위치될 수도 있다. FOUPs (도시되지 않음) 는, 웨이퍼가 수용되고 처리 작업으로 들어가는 것을 대기하는 동안 깨끗하게 유지되는 하우징 또는 인클로저를 포함한다. 처리를 위해 시스템 안으로 웨이퍼를 위치시키고 처리 후에 일시적으로 저장될 시스템으로부터 웨이퍼를 이동시키는 이송 기구가 EFEM (33) 와 연관될 수도 있다. 웨이퍼의 FOUP 는 EFEM 위로 위치되고, 웨이퍼는 EFEM (33) 내의 FOUP 로부터 웨이퍼를 들어올리고 웨이퍼를 로드 락 격실 (35) 안으로 보내서 시스템 안으로 들여보내는 블레이드에 의해 FOUP 으로부터 하나씩 운송된다. 로드 락 격실 (35) 로부터 웨이퍼는 운송 챔버 (32) 를 따라 이동하고, 운송 챔버 (32) 로부터 웨이퍼는 처리 챔버 (31) 안으로 운송된다. 기판이 처리 챔버 안으로 들어간 후에, 기판은 지지 아암을 떠나서 대신에 챔버 내의 기판 지지체 상에 있게 된다. 이 지점에서 밸브는 운송 챔버의 대기로부터 처리 챔버의 대기를 분리하기 위해 폐쇄된다. 이는 운송 챔버 또는 다른 처리 챔버의 오염 없이 처리 챔버 내에서 변경이 이루어지도록 해준다. 처리 이후에 운송 챔버로부터 처리 챔버를 분리하는 밸브가 개방되고 웨이퍼는 처리 챔버로부터 제거되어 운송 챔버 (32) 를 따라 추가적인 처리를 위한 다른 처리 챔버로 또는 웨이퍼가 EFEM (33) 상의 FOUP 로 복귀되는 로드 락으로 운송된다. 이 도면에는 4 개의 처리 챔버 (31) 가 도시된다. 또한 4 개의 처리 동력 공급부 (37) 및 동력 분배 유닛 (36) 이 도시된다. 이들의 조합은 시스템용 전자장치를 제공하고 각각의 개별적인 처리 챔버에 동력을 제공한다. 처리 챔버 (31) 위에는 처리 가스 캐비넷 (38) 및 정보 처리 캐비넷 (40) 이 있다. 이들 유닛을 통해, 시스템으로 입력된 정보가 운송 챔버 (32) 를 따르는 기판의 이동을 제어하고 또한 기판이 다른 처리를 위한 처리 챔버 안으로 운송되는지 안되는지를 제어한다. 이들 유닛은 또한 처리 챔버 내에서 발생한 것을 기록한다. 처리 동안에 챔버 내에서 사용하기 위한 가스가 제공된다. 시스템 안으로 웨이퍼를 이송하고 시스템 중의 처리 스테이션을 통과하는 로봇식 처리 기구가 두 개의 아암 시스템으로서 설명되었지만, 사실 두 개 이상의 아암이 있을 수도 있고 각각의 아암은 운송 이동 챔버 내에서 독립적으로 또는 함께 이동하도록 설정될 수 있다.

시스템의 처리 챔버는 웨이퍼의 제조시에 소망되는 바대로 상이한 프로세스를 수행할 수도 있다. 오늘날 많은 제조업자들은 전체 시스템이 스퍼터 또는 에칭 프로세스를 다루는 전용 시스템을 구입한다. 본질적으로, 4 개 이상의 스테이지 시스템이 스퍼터링 작업에 전체적으로 쓰일 수 있는 웨이퍼의 제조시에는 충분한 스퍼터 단계 또는 에칭 단계가 있다. 대안적으로, 웨이퍼는 일련의 작업을 통과해 이송될 수 있고, 각각의 작업은 최종 처리에 이르기까지 각각 요구된다. 예를 들어, 5 개의 처리 스테이션에서는, 사용될 다음 순서가 합리적으로 기대될 수 있다. 제 1 처리 스테이션에서, 웨이퍼는 탈가스 작업을 받게 될 것이고, 제 2 스테이션은 예비 세척 스테이션일 수 있고, 제 3 스테이션은 예를 들어 티타늄 증착을 위한 스퍼터링 스테이션일 수 있고, 제 4 스테이션은 예를 들어 니켈 바나듐을 증착하기 위한 스퍼터 스테이션일 수 있고, 제 5 스테이션에서는 금의 스퍼터 증착이 발생할 수 있다.

이제 도 4 를 참조하면, 상부 커버가 제거되는 3 스테이션 시스템이 도시된다. 이 도면과 관련된 목적은 운송 챔버 (32) 를 더 잘 이해하는 것이다. 처리될 웨이퍼는 로드 락 (35) 에서 이 시스템으로 들어간다. 로드 락 (35) 은 이중 레벨 로드 락이고 두 개의 웨이퍼를 동시에 유지하고 처리할 수 있다. 하나는 하부 레벨에 있고 다른 하나는 상부 레벨에 있다. 로드 락에서 시스템으로 들어가는 웨이퍼는 진공 상태 또는 제어된 환경으로 들어간다. 또한 처리된 웨이퍼는 이 시스템을 떠나는 이동 동안에 로드 락 (35) 및 시스템 내부의 진공 상태 또는 다른 제어된 상태를 통과하고 FOUP (도면에 도시되지 않음) 으로 복귀한다. 웨이퍼가 비진공 상태에서 진공 상태로의 전환을 완료하면, 웨이퍼는 운송 챔버 (32) 안으로 이동하는 아암 (41) 으로 들어올려진다. 이러한 아암은 다른 아암이 좌측에 있는 제 1 처리 챔버에서 요소에 의해 부분적으로 커버되는 동안 보여진다. 이 처리 챔버 (31) 안으로 웨이퍼를 전달하는 (또는 대안적으로 이 챔버로부터 처리된 웨이퍼를 제거함) 눈에 보이는 아암이 도시된다. 아암 (41) 은 선형 레일 (43) 상에서 운송 챔버 내부를 따라 이동한다. 이 실시형태에서, 운송 챔버 (32) 내의 레일은 챔버 (32) 의 바닥 위에서 지지 아암 (41) 을 고정시킨다. 또한, 도면에는 도시되지 않은 드라이브 기구는 진공 상태의 외부로부터 챔버 (32) 의 인클로저의 벽을 통과해 작용한다. 드라이브 기구는 챔버 안으로 또는 로드 락 (35) 안으로 연장하는 것이 요망될 때 회전 동작뿐만 아니라 아암 (41) 에 일반적으로 선형인 운동을 제공한다. 따라서 아암은 운송 챔버 (32) 의 안으로 또는 밖으로, 처리 챔버 (31) 의 안으로 또는 밖으로 또는 로드 락 챔버 (35) 의 안으로 또는 밖으로 웨이퍼를 이동시키는데 사용된다. 이 챔버의 베이스와의 접촉을 회피함으로써 더 순수하거나 미립자가 없는 상태로 환경을 유지하도록 미립자가 거의 생기지 않는다. 이 운송 시스템의 추가적인 세부사항이 다음의 도면과 관련하여 도시되고 논의될 것이다. 또한 이 도면에서 두 개의 아암이 도시되었지만, 시스템은 레일 상에서 두 개 초과 또는 미만의 아암을 가질 수 있고 어떤 때라도 두 개 초과의 웨이퍼 운송 장치를 다룰 수 있다는 것이 용이하게 명백해질 것이다.

본 발명의 방법에 따르면, 지지 아암 (41) 은 웨이퍼가 직선 라인으로만 이동되도록 하는 방식으로 회전 동작과 선형 동작의 조합을 이용하여 작동된다. 즉, 도 4 에 도시된 바와 같이, 아암 (41) 은 양방향 화살표 A 로 표시된 선형 동작과 양방향 화살표 B 로 표시된 회전 동작의 조합을 이용하여 이동된다. 그러나, 운동은, 웨이퍼의 중앙이 파선 BL1, BLm 및 BL 로 도시된 직선 선형 동작을 따르도록 프로그래밍된다. 이는 챔버 (31) 및 로드 락 (35) 의 모든 개구를 챔버의 직경보다 약간만 크도록 할 수 있다. 이는 또한, 아암 (41) 의 조합된 선형-아치형의 운동이 예컨대 사용자 인터페이스 UI (도 3) 를 통해 임의의 상황으로 프로그래밍될 수 있는 컨트롤러에 의해 작동됨에 따라 임의의 유형 및 임의의 조합의 챔버를 운송 챔버 (32) 상에 부착할 수 있도록 해준다.

본 발명의 방법에 따르면, 컨트롤러에 의해 실행되는 조합된 선형-아치형 아암의 운동을 산출하기 위한 다음의 처리가 실행된다. 웨이퍼가 로드락에 위치됨에 따라 웨이퍼의 중심의 위치가 결정된다. 웨이퍼가 부착된 각각의 처리 챔버의 내부에 위치됨에 따라 웨이퍼의 중심이 결정된다. 각각의 아암의 피봇회전점이 결정된다 (이하에서 논의될 바와 같이, 몇몇 실시형태에서 두 아암의 피봇회전점은 동심이 되도록 만들어질 수도 있다). 운송 명령은, 예컨대, 각각의 웨이퍼가 로드락과 오직 하나 이상의 챔버 사이에서 이동할 필요가 있는지 없는지에 따라 결정된다. 이들 값은 UI 를 이용하여 컨트롤러 안으로 프로그래밍될 수 있다. 그 다음, 각각의 아암의 선형 동작 및 회전 동작은, 각각의 아암 상에 위치된 웨이퍼가 결정된 피봇회전점과 로드락과 챔버에 대해 결정된 중심 사이에서 오직 직선으로만 이동하도록 계산된다.

부분적으로, 아암 (41) 의 조합된 선형-아치형 운동을 간단화하기 위해서, 본 발명의 다음의 특징이 일 실시형태에서 실행된다. 도 4 에서, 지지 아암 (41) 중 하나, 특히 도 4 에서 완전하게 보이는 아암 (41) 은 아암 연장부 (41') 에 결합되고, 다른 아암 (41) 은 내부 드라이브 및 지지 기구 (45) 에 바로 결합된다 (도 5 및 도 6 참조). 도시된 실시형태에서, 아암 연장부 (41') 는 고정되고, 예를 들어, 아암 연장부 (41') 는 오직 드라이브 및 지지 기구 (45) 의 선형 동작을 따르지만, 회전될 수는 없다. 오히려, 회전 동작은 아암 연장부 (41') 의 단부에 고정된 아암 (41) 에만 부여된다. 또한, 도시된 실시형태에서, 아암 연장부 (41') 는, 예를 들어, 직선 파선 BLm 이 두 아암 (41) 의 피봇회전점 또는 회전 중심을 통과하는 것이 도시되는 바와 같이, 두 아암 (41) 의 피봇회전점 또는 회전의 중심이 동심이 될 수도 있도록 고정된다. 또한, 도 5 의 실시형태에 도시된 바와 같이, 아암 (41) 은 두 아암 (41) 의 회전 중심이 서로 겹쳐져서 완전하게 일치하도록 선형 방향으로 이동될 수도 있다. 이러한 설계는, 두 개의 아암 (41) 이 동일한 피봇회전점 중심선으로부터 동일한 조합된 선형-아치형 운동을 따름에 따라, 두 개의 아암 (41) 이 동일하게 제작되도록 한다.

도 5 를 참조하면, 이 구성은, 내부 요소를 폐쇄하는 커버가 없고, 로드 락 (35) 에서 시작하고, 운송 챔버 (32) 의 시작점 안으로 계속되고 제 1 처리 챔버 (31) 를 포함하는 시스템 (34) 의 일부를 도시한다. 이 도면에는 로드 락 (35) 에 있는 웨이퍼 (42) 가 아암 (41) 위에 있는 것이 도시된다. 처리 챔버 (31) 안으로 연장하는 다른 아암 (41) 이 도시된다. 도시된 바와 같이, 독립적으로 작용하고 상이한 레벨에 있을 수도 있는 아암은 동시에 상이한 영역 안으로 연장될 수 있다. 아암은 운송 챔버 (32) 를 따라 로드 락으로부터 시스템 안으로 웨이퍼를 이동시킨 후에 처리 챔버로부터 처리 챔버로 시스템에 주위에서 이동한다. 마침내 아암은 처리 후에 운송 챔버를 따라 로드 락 (35) 안으로 웨이퍼를 이동시킨 후에 시스템 (34) 외부로 이동시킨다. 처리가 완료될 때, 웨이퍼는 처리된 웨이퍼가 수집되는 로드 락으로부터 FOUP 안으로 다시 통과할 수도 있다. 로드 락 또는 처리 챔버에 있는 웨이퍼는 아암 (41) 과 연관된 지지 표면 상으로 상승됨에 따라 운송된다. 지지 표면에 있는 리프트 핀은 웨이퍼를 상승시켜서 아암이 웨이퍼 밑으로 접근하도록 해주어 아암이 웨이퍼를 상승시키고 시스템의 다음 단계를 위해 웨이퍼를 이동시키도록 허용한다. 대안적으로, 운송 동안에 웨이퍼 밑으로 미끄러지고 웨이퍼를 지지하기 위한 쉘프 (shelf) 와 비슷한 구조가 적용되어서 웨이퍼를 지지 및 고정하고 챔버 또는 격실로부터 야기되거나 취해질 때 아암 (41) 으로부터 웨이퍼를 수용하고 해제시킬 수도 있다. 아암은 접촉 없이 서로 위아래로 통과되도록 위치되고 서로 지나갈 수 있다. 아암은 내부 드라이브 및 지지 기구 (45) 에 연결된다. 드라이브 및 지지 기구 (45) 에는 선형 드라이브 트랙이 제공되고, 이를 따라 드라이브 및 지지 기구가 운송 챔버 (32) 내에서 이동한다. 드라이브 및 지지 기구 (45) 의 이동은 모터 등의 외부 드라이버에 의해 생긴다. 드라이브의 일 형태는 드라이브 및 지지 기구 (45) 가 드라이브 트랙 (46) 을 따라 선형으로 이동하도록 야기한다. 다른 형태는 아암 (41) 의 회전을 야기하여서 웨이퍼가 시스템을 통과하여 안으로 이동하는 과정에서 운송 챔버 (32) 로부터 로드 락 (35) 또는 처리 챔버 (31) 안으로 아암이 연장하게 된다. 드라이브 트랙 (46) 안에는 개별 레일 (47) (레일 (47) 은 도 6 에 보다 명확하게 도시되어 있음) 이 있고, 그 위에서 각각의 드라이브 및 지지 기구는 각각의 아암 (41) 이 서로 상관없이 이동하고 작동하도록 독립적으로 인에이블링 포지셔닝을 갖는다. 처리 챔버 안으로의 웨이퍼의 이동은 웨이퍼의 챔버 안으로의 선형 드라이브 경로로부터의 변환과 유사하다. 이는, 웨이퍼가 바람직한 실시형태에서 두 가지 형태의 운동을 모두 겪기 때문에 발생하는 것이다. 웨이퍼는 동시에 선형적으로 이동되고 회전될 것이다. 외부 모터 또는 운송 챔버 (32) 의 진공 상태 내에서 이 기구를 구동하기 위한 다른 형태의 드라이브 기구의 사용은 밀봉된 진공 영역 내부의 원치않는 입자를 감소시킨다.

이제 도 6 을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시형태에 적용되는 구동 시스템이 도시된다. 이 도면에서, 드라이브 트랙 (46) 의 레일 (47) 은 각각 독립적으로 보일 수 있다. 또한 지지 아암 (41) 중 하나에는 웨이퍼 (42) 가 도시된다. 다른 지지 아암은 이 도면에서 연장된 것으로 간단히 도시된다. 드라이브 및 지지 기구 (45) 는 각각 레일 (47) 위를 통과한다. 이는 상이한 레벨에 아암 (41) 을 위치시키는 것을 용이하게 해준다. 자기 헤드 또는 자기적으로 결합된 팔로워 (48) 가 각각의 드라이브 및 지지 기구 (45) 의 베이스에 위치된다. 자기 드라이버 (50) 가 자기 헤드 (48) 로부터 이격되어 위치된다. 자기 헤드 (48) 는 운송 챔버의 진공 내부에 위치되고 진공 챔버의 벽 (도 7 의 53) 은 각각의 자기 헤드 (48) 의 아래에서 자기 헤드 (48) 와 드라이버 (50) 사이를 통과한다. 따라서 드라이버 (50) 는 운송 챔버 (32) 의 진공 벽 외부에 있다. 논의된 바와 같이, 아암 (41) 은 처리 시스템을 통과해 안으로 웨이퍼 (42) 를 이동시키고 아암 (41) 은 서로 독립적으로 이동한다. 이들 아암 (41) 은 드라이버 (50) 및 자기 헤드 (48) 를 포함하는 자기 커플러 배열체에 의해 구동된다. 커플러는 아암 (41) 에 선형 동작과 회전 동작 모두를 부여한다. 드라이버 (50) 는, 진공 상태의 외부에 위치되고 레일 시스템의 양측에서 보이는 외부 레일 (51) 상에서 다닌다. 마주하는 관계의 한 세트가 도시되고 다른 정확한 레일이 반대편에 보인다. 아암의 회전은 자기 커플러를 통해 전달되고 회전 모터 (52) 에 의해 구동된다. 이 도면에서 자기 결합이 선형 동작 및 회전에 이용되는 것으로 도시되었지만, 별도의 자기 커플러 및 드라이버가 사용될 수도 있다는 것이 용이하게 알 수 있어야 한다. 따라서, 선형 동작 및 회전 동작을 동일한 커플러를 통해 전달하는 것이 바람직하지만, 선형 동작을 위한 별도의 커플러 및 회전 동작을 위한 다른 세트를 이용하는 것도 가능하다.

처리 스테이션 (31) 에 있는 정지부를 포함하는 운송 챔버 (32) 를 통해 웨이퍼를 이동시키고 조종하는데 이용될 수도 있는 일 유형의 아암이 선택적인 순응형 관절 조립 로봇식 아암으로서 기재되고 약칭으로 SCARA 로봇으로 불린다. SCARA 시스템은 교체될 수도 있는 Cartesian 시스템보다 빠르고 깨끗한 경향이 있다.

또한 자기 드라이브 시스템과 관련된 부하 인자를 감소시키고 및/또는 제거하기 위해서, 운동 연결 자석에 의해 생긴 인력을 감소시켜줄 척력 자석을 포함할 수 있다. 회전 동작과 선형 동작을 진공 상태 안으로 결합시키는 자석은 상당한 양의 인력을 갖는다. 이는 부품을 지지하는 기계적 기구에 부하를 준다. 높은 부하는 더 낮은 베어링 수명 및 더 많은 입자 생성을 의미한다. 서로 밀어내는 자기 커플러 또는 별도의 배열체에 위치된 자석을 이용함으로써 인력이 감소될 수 있다. 사실, 자기 커플러 내부에서는, 결합 강성을 달성하는데 최내 자석이 중요하지 않다. 그러나 이들 내부 자석은 커플러의 직경 주위의 교대의 N-S 극에 배치된 인력에 사용되는 연결 자석으로 척력을 생성시키는데 사용될 수 있다.

둘러싸인 챔버 내부의 분진에 대해서는 고려되지 않는다면, 드라이브 기구는 둘러싸인 챔버 내부에 포함될 수도 있다는 것을 당연히 알아야 한다.

도 7 을 참조하면, 커버가 없는 트랙 및 드라이브 시스템의 측면도가 도시된다. 이 도면에서, 아암 (41) 을 구동하고 그 위치를 제어하는 자기 커플러 (48 및 50) 사이에 위치된 진공 벽 또는 진공 파티션 (53) 이 도시된다. 드라이브 트랙 (46) 은, 외부 레일 (51) 에 의해 부여되는 선형 동작을 드라이브 및 지지 기구 (45) 및 그에 따라 아암 (41) 에 제공하는 레일 (47) 을 둘러싼다. 회전 모터 (52) 에 의해 회전 동작이 부여된다. 도 7 에서, Va 로 표시된 측은 진공 상태인 반면, At 으로 표시된 측은 대기 상태이다. 도 7 에 도시된 바와 같이, 자기 커플러 (50) 는 회전 모터 (52) 에 의해 구동되고, 커플러 (48) 가 진공 파티션 (53) 을 가로지르는 자기 결합에 의해 동일한 회전 동작을 따르도록 한다. 그러나, 자기 결합시의 자기 이력 현상으로 인해서, 아암의 회전 동작의 정확성이 저하될 수도 있다. 사실, 아암의 길이로 인해서, 커플러 (48 ~ 50) 에서의 작은 각도 에러가 아암 (41) 의 단부에 있는 웨이퍼의 큰 변위를 불러일으킬 수도 있다. 또한, 아암의 길이 및 중량, 및 아암이 웨이퍼를 지지하는지 안하는지에 따른 중량의 변화로 인해서, 일시적인 동작이 수용불가한 기간 동안 지속될 수도 있다. 이들 문제점을 방지하기 위해서, 감속 기어 (때때로 감속장치 또는 기어 감속장치로 불림, 55) 가 커플러 (48) 와 회전 커플러 (56) 또는 아암 (41) 사이에 개재된다. 감속 장치는 동력에 의해 로봇 아암에 부여된 동작 속도를 감소시키기 위한 것이다. 기어 감속 장치 (55) 는, 모터 (52) 의 회전 속도보다 낮은 회전 속도에서 아암 (41) 을 작동하기 위해서, 자기 커플러 (48) 의 회전이 입력되면, 더 느린 회전 속도를 출력한다. 이 특정 예에서, 기어 감속 장치는 50:1 의 감속비로 설정된다. 이는 아암 (41) 의 각도 배치의 정확성을 상당히 증가시키고, 일시적인 동작을 감소시키고, 드라이브 어셈블리 상의 종래의 관성 모멘트를 감소시킨다.

도 7 에서, 감속 기어 어셈블리 (55) 가 베이스 (49) 위에 장착된다. 베이스 (49) 는 동력화되지 않고 선형 레일 (47) 위에서 자유롭게 다닌다. 한편, 회전 모터 (52) 는 기계화 동력을 이용하여 선형 레일 (51) 위에서 다니는 베이스 (54) 위에 장착된다. 기계화 동력이 베이스 (54) 를 선형적으로 이동시킴에 따라, 자기 커플러 (50) 와 자기 팔로워 (48) 사이의 자기 결합이 자유 라이딩 베이스 (49) 에 선형 동작을 부여하여서 아암 (41) 을 선형적으로 이동시킨다. 따라서, 이 배열은, 모든 전동 동작, 예컨대 선형 및 회전 동작이 대기 상태에서 수행되는 반면, 전동 시스템이 진공 환경 내에는 없다는 점에서 유리하다. 대기 상태에서의 전동 동작 및 진공 상태에서의 자유-비전동 동작에 대한 다양한 실시형태가 예로서 이하에서 기재된다.

도 7a 는 선형 동작 어셈블리의 예를 도시한다. 도 7a 에서, 벨트 또는 체인 드라이브가 베이스 (54) 에 결합된다. 벨트 또는 체인 (58) 은 로테이터 (59) 위에서 다니고, 로테이터 중 하나는 화살표 C 로 도시된 바와 같이 양방향 동작을 부여하도록 동력화된다. 선형 동작을 제어하기 위해서, 인코더 (57a) 는 베이스 (54) 의 선형 동작을 확인하는 제어장치에 신호를 보낸다. 예를 들어, 인코더 (57a) 는 선형 트랙 (46) 에 제공되는 인코딩을 판독하는 광학 인코더일 수도 있다. 추가적으로, 회전 인코더 (47b) 가 모터 (52) 상에 제공되고 또한 제어장치에 회전 동작의 인코딩을 보낸다. 회전 및 선형 동작의 이들 판독은 아암 (41) 의 회전 및 선형 동작을 제어하는데 사용되어서, 웨이퍼의 중심선이 오직 직선으로만 이동될 수도 있다.

도 7b 는 도 4 의 선 A-A 에 대한 단면도이고, 선형 동작 어셈블리의 다른 실시형태를 도시한다. 도 7c 에서, 드라이브 트랙 (46) 은 휠 (61 및 62) 이 다니는 레일 (47) 을 지지한다. 이들 휠은 향상된 견인을 제공하기 위해 자기화될 수도 있다. 휠 (61, 62) 은 회전 모터 (52) 가 장착되어 있는 베이스 (54) 에 결합된다. 선형 모터 (63) 는 베이스 (54) 의 하부에 장착되고, 드라이브 트랙 (46) 위에 장착된 자석 (64) 열과 상호작용한다. 선형 모터 (63) 는 자석 (64) 과 상호작용하여서 선형 동력을 부여하여서 베이스 (54) 가 종이의 안팎으로 이동하게 된다. 베이스 (54) 의 선형 동작은 트랙 (46) 에 제공된 위치/동작 인코딩 (57c) 을 판독하는 인코더 (57b) 에 의해 관찰되고 기록된다. 이 구체적인 예에서, 인코더 (57b) 는 5 천분의 1 인치의 정확성을 갖는다.

도 7c 는 대기 상태에서의 선형 트랙 및 진공 상태에서의 선형 트랙의 예를 도시하는 단면도이다. 진공측은 VA 로 표시되는 반면, 대기측은 AT 로 표시되고, 진공 파티션 (53) 은 챔버 벽 (32) 과 함께 두 개의 양측을 분리한다. 대기측에서, 라이더 (61) 는 선형 트랙 (47) 위를 다닌다. 이 측이 대기 상태에 있기 때문에, 입자의 발생은 진공측에서만큼 중요하지는 않다. 이에 따라, 라이더 (61) 는 휠을 포함할 수도 있거나 테플론 등의 슬라이딩 재료로 간단하게 만들어질 수도 있다. 베이스 (54) 는 슬라이더 (61) 에 부착되고, 자기 커플러 (50) 를 회전시키는 회전 모터를 지지한다. 진공측에서는, 선형 트랙 (78) 이 커플러 (72) 를 통해 베이스 (70) 에 부착되는 슬라이딩 베어링 (73) 을 수용하도록 만들어진다. 이들은 스테인레스강으로 만들어질 수도 있고 입자 발생을 최소화하도록 제작되어야만 한다. 추가적으로, 베어링 어셈블리의 영역 내에서 발생되는 임의의 입자를 유지하기 위해 커버 (74 및 76) 가 제공된다. 베이스 (70) 는 베어링 어셈블리를 넘어 연장하고, 자기 팔로워 (48) 에 결합되는 기어 감속장치 (55) 를 지지한다.

도 7d 는 대기 상태에서의 선형 트랙 및 진공 상태에서의 선형 트랙의 다른 예를 도시한다. 도 7d 에서, 대기측은 도 7c 의 것과 동일하게 구성될 수도 있다. 그러나, 오염을 최소화하기 위해서, 진공측에는 슬라이더 베어링 대신에 자기 부상이 이용된다. 도 7d 에 도시된 바와 같이, 활성 전자기 어셈블리 (80) 는 영구 자석 (82) 과 함께 작동해서 자기 부상을 형성하고 베이스 (70) 의 자유 선형 이동을 가능하게 한다. 특히, 영구 자석 (82) 은 자유 공간 (84) 을 유지하고 전자석 어셈블리 (80) 와 접촉하지 않는다. 베이스 (54) 가 슬라이더 (61) 와 함께 선형적으로 이동함에 따라, 커플러 (50) 와 팔로워 (48) 사이의 자기 결합이 부상된 베이스 (70) 에 선형 동작을 부여한다. 유사하게, 커플러 (50) 의 회전은 기어 감속장치 (55) 에 회전을 전달하는 팔로워 (48) 의 회전을 야기한다. 이에 따라, 이 설명에서 "선형 트랙" 에 대한 참조는 기계적인 동작 또는 자기적으로 부상되는 동작을 가지는 트랙을 포함하는 것임을 알아야 한다.

도 8 을 참조하면, 본 발명과 관련된 처리 시스템이 도시된다. 도 3 의 경우와 마찬가지로, EFEM (33) 은 처리 챔버 (31) 를 포함하는 시스템 (34) 에 제공하기 위한 웨이퍼를 수용하고 저장하고, 상기 처리 챔버는 본 실시형태에서 웨이퍼를 먼저 로드 락 (35) 에 운송한 후에 운송 수단 또는 운송 챔버 (32) 를 따라 운송함으로써 스퍼터 증착이 발생하는 챔버를 도시하기 위한 것이다. 처리된 웨이퍼는 그 후에 운송 챔버 (32) 를 따라 로드 락 (35) 에 다시 이송된 후에 EFEM (3) 을 향해 시스템의 외부로 나간다.

도 9 를 참조하면, 본 발명에 따른 8 스테이션 처리 시스템이 도시된다. EFEM (33) 은 웨이퍼를 로드 락 (35) 에 이송한다. 그 다음, 웨이퍼는 운송 챔버 (32) 를 따라서 운송 챔버(32) 로부터 처리 챔버 (31) 안으로 이동된다. 이 도면에서, 운송 챔버의 양쪽 세트는 중앙 영역에 위치되어 있고 처리 챔버 (31) 는 외측부에 있다. 도 10 에서, 처리 부분은 한 세트의 처리 챔버가 다음 세트와 중복하도록 모두 일렬로 있다. 따라서 시스템의 처리 챔버는 평행하게 일렬로 보인다.

다른 변형도 용이하게 가능하고 쉽게 생각해볼 수 있다. 예를 들어, 도 9 및 도 10 에 도시된 바와 같이 처리 챔버를 일렬로 놓는 것 대신에, 처리 챔버는 차곡차곡 또는 나란하게 위치될 수 있다. 나란하게 정렬된다면, 두 번째 세트가 첫 번째 세트를 따라 열을 계속하거나 두 번째 세트가 첫 번째 세트에 대해 각도를 이룬 형태로 설정되도록 열을 이룰 수 있다. 운송 챔버가 챔버의 각 측에 웨이퍼를 이송할 수 있기 때문에, 두 세트의 프로세서는 단일 운송 챔버주위에 설정되고 동일한 운송 챔버에 의해 이송될 수 있다 (이전의 도면들과 관련하여 논의되었던 바와 같이 도면부호가 동일한 아이템을 나타내는 도 11a 참조). 도 11a 및 도 11b 에 상기에서 논의되었던 바와 같이 운송 챔버 (32) 로부터 처리 챔버 (31) 를 분리하는 밸브 (39) 가 도시된다. 프로세서의 두 번째 세트가 첫 번째 세트의 연속이라면, 시스템을 따라 추가적인 로드 락을 위치지정한다는 이점이 때때로 있을 수 있다. 웨이퍼가 일 단부로 들어가고 다른 단부에서 나가는 직선으로 이동할 수 있도록 (도 11b 참조, 이전의 도면에서와 같이 도면부호는 동일한 아이템을 나타냄), 먼 단부에 EFEM 을 추가하고 EFEM 전에 로드 락을 위치시키는 것이 당연히 가능하다. 이 나중의 경우에는, 웨이퍼는 단부의 일측 또는 양측에서 드나들 수 있도록 프로그래밍될 수 있다. 불규칙적인 간격으로 또는 처리 챔버 사이에 간격을 가지고 운송 챔버를 따라 처리 챔버를 위치지정하는 것도 가능하다. 이 배열에서 주요 특징은, 소망하는 바와 같이 그리고 시스템용 컴퓨터 제어부에 의해 지시되는 바대로 각각의 처리 챔버로 웨이퍼를 이송할 수 있도록 운송 챔버를 위치지정한다는 것이다.

탠덤 처리 챔버를 가지는 것이 종래에 알려져 있고, 각각의 챔버는 두 개의 웨이퍼를 나란하게 처리하도록 구성된다. 그러나, 이들 종래의 시스템은 서로 설정된 간격으로 있는 두 개의 웨이퍼를 항상 탑재하도록 구성되어 있는 메인프레임 및 로봇을 이용한다. 즉, 종래 탠덤 탑재 로봇의 두 개의 아암은 개별적으로 제어될 수 없고, 서로 고정된 간격에서 설정된다. 따라서, 메인프레임, 로드락, 및 챔버 구성은 이 동일한 간격에 의해 분리된 두 개의 웨이퍼를 수용하도록 한정된다. 추가적으로, 시스템 안의 모든 것들, 예를 들어 로드락, 로봇 아암, 챔버의 척 등이 동일한 분리 간격으로 정확하게 있도록 조정되도록 주의해야만 한다. 이는 상당한 제한을 두는 것이고 시스템 설계, 작동, 및 유지에 부담을 주는 것이다.

획기적인 메인프레임 시스템은 설계의 자유가 증가되고 조정 및 유지에 대한 요구가 감소된 탠덤 챔버를 수용하도록 용이하게 구성될 수도 있다. 도 12 는 탠덤형 처리 챔버에 적용되는 획기적인 메인프레임 시스템의 예를 도시한다. 메인프레임은 서로 독립적으로 이동하는 로봇 아암 (12, 41 및 1243) 를 가지는 선형 운송 챔버 (1232) 및 단일-스택 로드락 챔버 (1235) 를 포함한다. 이 획기적인 메인프레임의 다능성을 도시하기 위해서, 이 예에서는 단일-스택, 예를 들어 비탠덤식 로드락 챔버 (1235) 가 도시된다. 현저하게, 탠덤 챔버용으로 설계된 메인프레임이 탠덤 로드락을 가져야만 하는 종래와 달리, 여기에서는, 로봇 아암이 독립적으로 작동되기 때문에, 이들은 단일-스택 로드락에서부터 탠덤 처리 챔버로 웨이퍼를 탑재할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 웨이퍼가 로드락 (1235) 의 내부에 중첩되어 위치될 수도 있어서, 하나의 아암은 더 낮은 웨이퍼를 취하고 다른 아암은 더 높은 아암을 취한다. 그 다음, 각각의 아암은 탠덤 챔버의 일측에 웨이퍼를 위치시킨다. 이 예의 획기적인 특징에 따르면, 각각의 로봇은 탠덤 처리 챔버의 임의의 측부 상에 기판을 위치시킬 수도 있다. 즉, 로봇 아암과 챔버 사이에 일대일 관련이 있는, 예를 들어, 우측 로봇 아암이 탠덤 챔버의 우측만 탑재할 수 있는 종래 기술과 달리, 여기에서는 임의의 아암이 탠덤 챔버의 임의의 측을 탑재할 수도 있다.

도 12 의 예에서, 5 개의 챔버 (1201, 1203, 1205, 1207 및 1209) 는 운송 챔버 (1232) 에 장착된다. 각각의 챔버 (1201, 1203, 1205) 는 두 개의 기판을 동시에 처리하도록 구성된 탠덤 챔버를 형성한다. 상부 덮개를 가지는 챔버 (1201 및 1205) 가 도시되는 반면, 상부 덮개가 제거된 챔버 (1203) 가 도시된다. 획기적인 메인프레임의 한 가지 이점은, 각각의 탠덤 처리 챔버에 대한 피치, 예컨대 중심 간 거리가 다른 것과 일치할 필요가 없다는 것이다. 예를 들어, 거리 X 로 보여지는 챔버 (1205) 의 피치는 거리 Y 로 보여지는 챔버 (1203) 의 피치와 동일할 필요가 없다. 오히려, 각각의 로봇은 메인프레임 상에 장착된 각각의 챔버의 각각의 처리 부위의 중심을 알도록 훈련되어서, 각각의 로봇 아암은 임의의 처리 부위로 웨이퍼를 전달하고 중심에 정확하게 위치시킬 수도 있다. 추가적으로, 종래의 시스템에서는 탠덤 챔버 및 로드락을 위해 단일 밸브가 제공되어야 하는 반면, 여기서는 로봇 아암이 독립적이기 때문에, 각각의 처리 구역은 챔버 (1201) 를 위한 1251 및 1253 으로 도시된 고유의 독립 고립 밸브를 갖거나, 또는 챔버 (1203) 를 위한 1255 로 도시된 단일 밸브가 사용될 수도 있다.

탠덤 챔버를 사용하는 한 가지 이점은 각각의 두 탠덤 처리 구역 간의 리소스를 공유하는 능력이다. 예를 들어, 챔버 (1201) 의 두 처리 구역은 처리 가스원 (1210) 및 진공 펌프 (1212) 를 공유한다. 즉, 각각의 처리 구역이 고유의 가스 분배 기구 (1214, 1216), 예컨대 샤워헤드 및 관련 요소를 가지지만, 두 처리 구역의 분배 기구는 동일한 가스원 (1210), 예컨대 가스 스틱에 결합된다. 진공 펌프 (1212) 는 두 처리 구역으로 이어지는 배기 매니폴드에 연결되어서 두 구역을 동일한 압력에서 유지할 수 있다. 다른 요소, 예컨대 RF 원도 두 처리 구역에 공통되거나, 각각의 구역에 별도로 제공될 수도 있다.

챔버 (1207 및 1209) 는 함께 하이브리드 단일-탠덤 처리 챔버를 형성한다. 즉, 각각의 챔버 (1207 및 1209) 는 단일 웨이퍼를 처리하도록 구성된다. 그러나, 탠덤 처리 챔버의 몇몇 특징이 이 실시형태에 포함되어 있다. 예를 들어, 처리 가스 공급부 (1211) 및 진공 펌핑부 (1213) 가 두 챔버에 공통적일 수도 있다. 소스 및 바이어스 에너지가 동일하거나 별도의 동력원으로부터 공급될 수도 있다. 선택적으로, 메인프레임 상에 장착되어서 보통의 탠덤 챔버로서 기능하고 복잡하지 않고 대형 탠덤 처리 챔버를 제작하는데 비용이 들지 않는 두 개의 챔버가 정렬되도록 키 (1202) 가 제공된다.

도 13 은 두 개의 탠덤 챔버 (1301 및 1305), 두 개의 독립적인 단일-웨이퍼 챔버 (1303 및 1304), 및 챔버 (1307 및 1309) 를 포함하는 하나의 하이브리드 단일-탠덤 챔버를 가지는 획기적인 메인프레임의 또 다른 예를 도시한다. 즉, 로봇 (1341 및 1343) 이 독립적인 획기적인 메인프레임 (1332) 을 이용하여 모든 챔버에 대해 피치가 동일하여야 하는 필요가 없기 때문에, 여기에서는 동일하거나 상이한 피치를 가지는 탠덤 챔버와 단일-웨이퍼 챔버를 혼합할 수도 있다. 로봇 (1341 및 1343) 이 서로 통과할 수 있기 때문에, 이들은 각각의 탠덤 챔버를 동시에 탑재할 수 있다. 또한, 이들은 각각의 단일-웨이퍼 챔버를 독립적으로 또는 동시에 탑재하여서, 복합 탠덤 챔버를 이용할 필요 없이 탠덤 챔버 배열체의 처리량을 가질 수 있다.

도 13 에 도시된 다른 특징은 탠덤 챔버 (1305) 를 탑재하기 위한, 단일 중앙 고립 밸브 (1357) 의 사용이다. 보이는 바와 같이, 밸브 (1357) 는 단일 웨이퍼만의 통과를 허용하는 가능한 크기이다. 그러나, 두 개의 웨이퍼는 구부러진 화살표로 도시되는 바와 같이 탠덤 챔버 (1305) 안으로 탑재된다. 이는 종래 시스템에서는 불가능했다.

도 14 는, 상이한 유형의 처리 챔버가 선형 운송 챔버 (1432) 에 부착되는 다른 예를 도시한다. 이 예에서, 멀티-웨이퍼 처리 챔버 (1405), 3 중-탠덤 챔버 (1401), 단일 챔버 (1404), 및 하이브리드 단일-탠덤 챔버 (1407 및 1409) 가 획기적인 메인프레임에 부착된다. 챔버 (1405) 는 종래의 배치 (batch) 처리 챔버, 예컨대 4 개의 웨이퍼 스테이션을 가지는, 예컨대 4 개의 원형으로 배열된 처리 부위가 규정되는 열적 또는 플라즈마 강화된 CVD 챔버일 수도 있다. 한번에 하나 또는 두 개의 스테이션이 탑재될 수도 있다. 단일 챔버 (1404) 는 단일 기판 처리 챔버 또는 적층식 다중 웨이퍼 냉각 스테이션일 수도 있다. 이는, 예를 들어, 다중, 예컨대 25 개의 웨이퍼 적층식 냉각 스테이션일 수도 있다. 또한, 본 발명에서 로봇 아암은 독립적이기 때문에, 탠덤 처리가 한번에 두 개의 웨이퍼로 제한되는 것은 아니다. 이 예에는, 3 개의 웨이퍼를 동시에 처리할 수 있는 3중-기판 탠덤 처리 챔버가 도시된다. 여기에는 챔버 (1401) 를 완전히 탑재하기 위해서 하나의 아암의 제 2 트립을 요구하는 오직 두 개의 아암이 도시되지만, 도 15 에 도시된 바와 같이 두 개 이상의 아암을 갖는 배열이 사용될 수도 있다. 도 14 에 도시된 다른 선택적인 특징은, 일반적으로 SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) 으로 불리는 프로그-레그 (frog-leg), 본 발명의 다른 실시형태에서와 같이 선형 레일 위를 다니는 로봇 아암 (1441 및 1443) 의 사용이다.

도 14 의 실시형태는 또한, 예컨대 나란한 두 개의 웨이퍼 스택을 갖는 탠덤-스택 로드락 챔버 (1435) 를 이용한다. 로드락 (1435) 이 종래의 탠덤 로드락일 수도 있는 반면, 획기적인 메인프레임은 로드락이 이전에는 이용할 수 없었던 특징을 갖도록 할 수 있다. 예를 들면, 로드락은 탠덤이지만, 파티션 (1438) 을 갖는 두 개의 분리된 챔버로 형성될 수도 있다. 그 다음, 탠덤 웨이퍼 중 각각 하나에 두 개의 고립 게이트 (1437 및 1439) 가 제공될 수도 있다. 이러한 배열을 사용하면, 탠덤 로드락의 양측이 함께 개방되도록 오직 단일 게이트가 사용되는 종래와 달리, 여기에서는 각 측이 서로 독립적으로 개방되거나 폐쇄될 수도 있다. 이 방식으로, 로봇이 두 개의 웨이퍼를 동시에 탑재한다면, 두 고립 밸브가 개방될 수도 있다. 그러나, 단일 웨이퍼가 탑재된다면, 오직 단일 고립 게이트만 개방될 필요가 있다.

도 15 는, 기판의 높은 출력량 처리를 위해 획기적인 메인프레임이 사용되는 다른 예를 도시한다. 이 배열은, 예를 들어, 태양 전지의 제작을 위한 기판의 처리 등의, 높은 출력량에서 기판을 반복적으로 처리하기에 유리하다. 이 실시예에서, 두 개의 선형 레일 (1543 및 1543') 은 운송 챔버 (1532) 내부에 위치되고, 상기 각각의 레일은 두 개의 선형 로봇 아암 (1541) 을 지지한다. 일 실시예에서, 선형 트랙 (1543) 위의 로봇 아암은 운송 챔버 (1532) 의 좌측 상의 처리 챔버 (1501) 를 돕는 반면, 다른 로봇 아암은 다른 측의 챔버를 돕는다. 그러나, 로봇 아암은 운송 챔버 (1532) 의 양측 상의 챔버를 돕도록 구성될 수 있다.

도 15 의 실시예의 다른 선택적인 특징은 두 개의 로드락의 제공이다. 로드락 (1535) 은 처리를 위한 기판을 탑재하는데 사용되지만, 로드락 (1537) 은 처리의 완료 후에 기판을 내리는데 사용된다. 이 실시예에는, 탠덤 로드락이 도시되지만, 단일 기판 또는 스택 로드락 역시 이용될 수도 있다는 것을 알아야 한다. 탑재 로드락의 반대측에 비탑재 로드락을 가짐으로써, 필요하다면 파선 윤곽으로 도시되는 바와 같이 다른 시스템이 비탑재 로드락에 바로 결합될 수도 있다. 이 방식으로, 시스템은 특정한 상황에 의해 요구되는 다양한 개수의 처리 챔버를 수용하기 위해 모듈식으로 만들어질 수도 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 획기적인 메인프레임이 적층된다. 도 16 에 도시된 바와 같이, 상부 선형 운송 챔버 (1633) 는 하부 선형 운송 챔버 (1632) 위에 위치된다. 각각의 선형 운송 챔버는 처리 챔버를 연결하기 위해 적절한 장착 배열을 갖는 복수의 개구 (1601) 를 갖는다. 엘리베이터 (1662) 는 하부 선형 운송 챔버와 상부 선형 운송 챔버 사이에서 기판을 이동시킨다. 이 특별한 예에서, 기판은 탑재 챔버 (1671) 로부터 탑재되고 비탑재 챔버 (1673) 를 통해 제거되지만, 소망한다면, 시스템의 전방에도 다른 엘리베이터가 제공되어서, 챔버가 동일한 레벨에서 탑재되고 내려질 수도 있다.

도 17 은 로봇 아암에 동력을 제공하기 위해 유도 전류가 이용되는 획기적인 메인프레임의 예를 도시한다. 이 예는 도 7d 에 도시된 바와 유사하고, 1 가지 차이점만 있다. 구체적으로, 이전의 실시형태에서는, 로봇 아암에 선형 및 회전 동작을 부여하기 위해서 자기력이 사용되었지만, 이 실시형태에서는 동력을 공급하기 위해 유도 전류가 사용된다. 예를 들어, 로봇 아암 어셈블리는 회전, 선형 또는 회전 및 선형 동작 모두를 위한 스텝퍼 모터를 포함할 수도 있다. 이 실시형태에서, 운송 챔버의 빈 부분에서 임의의 전기 배선을 갖는 것을 방지하기 위해서, 스텝퍼 모터에는 유도 전류를 이용하여 동력이 공급된다. 각각의 스텝퍼 모터는 진공 환경 내에 위치된 전도 코일, 예컨대 코일 (48) 에 결합된다. 구동 코일 (50) 은 코일 (48) 의 대향 위치에서 진공 환경 외부에 위치된다. 스텝퍼 모터에 동력이 전달될 필요가 있을 때, 대응 코일 (48) 에 전류를 유도하는 적절한 코일 (50) 에 전류가 흘러서, 모터에 동력을 공급하게 된다.

도 18a ~ 도 18c 는 본 발명의 실시형태에 따른 관절 아암 로봇을 도시한다. 도 18a ~ 도 18c 에 도시된 로봇은 베이스에 고정된 제 1 아암 부분, 상기 제 1 아암 부분에 회전가능하게 결합된 제 2 아암 부분, 및 상기 제 2 아암 부분에 회전가능하게 결합된 제 3 아암 부분을 갖는다. 도 18a ~ 도 18c 에서 베이스 (1810) 는 선형 트랙 (1805) 에서 자유롭게 다닌다. 이 명세서에서 다른 실시형태와 관련하여 설명된 바와 같이, 선형 모터에 의해 베이스의 선형 동력이 제공될 수도 있다. 제 1 아암 부분 (1815) 은, 회전하지 않도록 베이스 (1810) 에 고정된다. 또한 두 개의 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1820 및 1825) 가 베이스에 고정된다. 이들은 상기에 기재된 임의의 자기 결합식 팔로워 어셈블리와 유사한 구조일 수도 있다. 이 특별한 실시예에서 제 1 아암 부분 (1815) 은 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1820 및 1825) 를 통해 베이스 (1810) 에 고정되지만, 제 1 아암 부분 (1815) 을 베이스 (1810) 에 고정하기 위한 다른 수단이 사용될 수도 있다.

자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1820) 는 상기에 설명된 바와 같이 감속 기어를 수용할 수도 있는 하우징 (1822) 으로 구성된다. 감속 기어는 예를 들어 도 7 및 도 7a 의 실시형태에 도시된 바와 같을 수도 있다. 회전하는 자기 결합식 팔로워 (1824) 가 하우징 (1822) 의 바닥으로부터 연장한다. 회전 축 (1826) 은 하우징 (1822) 의 상부로부터 연장한다. 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1825) 는 유사하게 구성된다.

자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1820) 는 풀리 (1830) 에 결합되고, 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1825) 는 풀리 (1835) 에 결합되고, 즉, 이들 풀리는 축 (1826) 등의, 자기 결합식 팔로워 어셈블리 하우징의 상부로부터 연장하는 회전 축에 부착된다. 제 2 아암 부분 (1840) 은 제 1 아암 부분 (1815) 의 단부에 회전가능하게 결합된다. 제 2 아암 부분 (1840) 은, 예를 들어, 풀리 (1850) 아래에 제공되는 풀리 (1845) 를 통해 회전된다. 이는, 예컨대, 중첩된 (nested) 축을 이용하여 행해질 수도 있고, 풀리 (1845) 가 제 2 아암 부분 (1840) 에 회전 동작을 부여하는 외부 축에 결합되는 반면, 풀리 (1850) 는 외부 축 내부에서 중첩된 내부 축에 결합되고 제 2 아암 부분 (1840) 의 회전과 무관하게 회전한다. 풀리 (1850) 는, 제 2 아암 부분 (1840) 내에 제공되지만 제 1 아암 부분 (1815) 에 의해 보기가 힘든 풀리 (1855) 에 회전 동작을 부여한다. 즉, 이들 풀리 (1850 및 1855) 는 공통 축에 부착될 수도 있다. 제 3 아암 부분 (1860) 은 제 2 아암 부분 (1840) 의 단부에 회전가능하게 결합된다. 풀리 (1865) 를 통해 제 3 아암 부분에 회전이 부여된다.

작동시에, 로봇 아암 어셈블리는 상기에 설명된 바와 같이 선형 드라이브를 이용하여 선형적으로 이동한다. 제 1 회전 모터 (도시되지 않음) 는 로봇 아암 어셈블리 아래의 대기에 위치되고, 풀리 (1835) 를 회전시키는 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1825) 에 회전 동작을 부여한다. 벨트, 코드, 체인 등의 무한 가요성 밴드 (1870) 는 풀리 (1835) 로부터 풀리 (1845) 로 회전을 전달하여서, 제 2 아암 부분 (1840) 을 회전시킨다. 이 실시형태에서, 풀리 (1835 및 1845) 는 감속비를 갖고, 즉, 풀리 (1835) 가 풀리 (1845) 보다 빠르게 회전하여서 제 2 아암 부분 (1840) 의 회전 속도를 감소시키도록 풀리 (1835) 는 풀리 (1845) 보다 더 작은 직경을 갖는다.

다른 회전 모터 (도시되지 않음) 는 풀리 (1830) 를 회전시키는 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1820) 에 회전 동작을 부여한다. 벨트, 코드, 체인 등의 무한 가요성 밴드 (1875) 는 풀리 (1830) 로부터 풀리 (1850) 로 회전을 전달한다. 풀리 (1850) 의 회전은 축을 통해 풀리 (1855) 로 전달된다. 다른 무한 가요성 밴드 (1880) 는 그 후에 풀리 (1855) 의 회전을 풀리 (1865) 로 전달하여서, 아암 부분 (1860) 을 회전시킨다. 이 실시형태에서, 풀리 (1830 및 1850) 가 동일한 속도로 회전하도록, 풀리 (1830 및 1850) 는 동일한 직경을 가져서, 감속비가 없게 된다. 한편, 풀리 (1855) 는 풀리 (1850) 및 풀리 (1865) 보다 작은 작은 직경을 갖는다. 따라서, 풀리 (1855 및 1865) 는 감속비를 가져서, 풀리 (1855) 는 풀리 (1865) 보다 빠르게 회전하여서, 제 2 아암 부분 (1860) 의 회전 속도를 감소시키게 된다.

도 19a 및 도 19b 는, 여기에 기재된 임의의 실시형태에서 시행될 수 있는 본 발명의 실시형태에 따른 4-축 로봇 아암을 도시한다. 도 19a 및 도 19b 의 실시형태는 상기에 기재된 임의의 실시형태에서 시행될 수도 있는 z-동작 기구를 도시한다. 그러나, 여기에 기재된 모든 다양한 특징들이 얻어질 수 있는 방법을 설명하기 위해서, 도 19a 및 도 19b 의 실시형태는 선형 동작, 아암의 회전 및 관절, 및 아암에 적용되는 z-동작 기구를 포함한다. 한편, 본 실시형태의 중요한 부분을 모호하게 하지 않기 위해서, 커버 및 z-동작 베어링 등의 요소는 도시되지 않는다.

도 19a 및 도 19b 의 실시형태는 도 18a ~ 도 18c 의 실시형태에 도시된 것과 유사한 고정 아암 (1915) 을 갖는다. 또한, 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1920 및 1925) 는 진공 챔버 외부에 위치된 모터를 통해 회전되어서, 아암 부분 (1940 및 1960) 의 회전을 제공하게 된다. 자기 결합식 팔로워 (1920 및 1925) 는 트랙 (1905) 상에서 자유롭게 다니는 베이스에 부착되고 여기에 도시된 다른 실시형태에서와 마찬가지로 선형 모터 (도시되지 않음) 에 의해 동력이 공급된다. 당연히, 로봇 아암은 예컨대 도 5 및 도 6 의 실시형태에 도시된 바와 같이 고정 아암 부분 또는 단일 회전 부분만을 가질 수도 있지만, 이하에 설명될 바와 같이 Z-동작을 포함한다.

Z-동작을 제공하기 위해서, 제 3 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1985) 가 제공된다. 자기 결합식 팔로워 어셈블리 (1985) 는, 진공 챔버 외부에 위치되는 회전 모터 (도시되지 않음) 를 통해 회전되고, 여기의 다른 실시형태에 도시된 바와 같이 회전 모터에 의해 부여된 회전 속도를 감소시키기 위한 기어 감속부를 포함할 수도 있다. 자기 결합식 팔로워는, 선택적으로 감속 기어를 통해, 리드 스크류 (1990) 에 회전 동작을 전달한다. 리드 스크류 (1990) 는 그 다음에 회전 방향에 따라 고정 아암 (1915) 을 상승시키거나 하강시킨다. 이 방식으로, 관절 로봇 아암에 z-동작이 부여된다. 본 실시형태에서, 드라이브 풀리 (1930 및 1935) 는 스플라인 축 또는 드라이브 풀리를 베이스 어셈블리에 대해 상하로 이동시키는 다른 기구에 장착된다. 또한, 도시되지는 않지만, 본 실시형태에서는, 진공 챔버 내의 미립자를 방지하기 위해서 리드 스크류 어셈블리를 덮는데 벨로우즈가 사용된다.

챔버가 진공 상태에 있다고 설명되었지만, 사실 몇몇 경우에 수용 영역에서 특정 가스 또는 다른 유체를 포함하는 것이 유리할 수 있다. 따라서 여기에서 사용된 진공이라는 용어는, 예를 들어 전체 시스템에 적용될 수도 있는 특별한 가스를 포함하는 자급 (self contained) 환경으로서 이해되어야 한다.

도 1 에서, 클러스터 장비 (7) 는 7 개의 처리 챔버를 포함한다. 도 9 에서, 기재된 시스템은 8 개의 처리 챔버를 포함한다. 주변부를 갖는 도 1 의 장비의 전체 풋프린트는 대략 38 ㎡ 이다. 도 9 의 장비 (추가적인 처리 챔버 및 주변부를 가짐) 의 전체 풋프린트는 23 ㎡ 이다. 따라서 더 많은 챔버를 가지는 시스템의 풋프린트는, 본 발명에 따른 선형 배열이 적용된다면 상당히 작아진다. 대형 수단에서, 이러한 향상은, 도 1 에 도시된 유형의 시스템으로 실시되는 중앙 부분의 사용과 비교하여, 도 9 의 운송 챔버 (32) 로서 도시되는 향상된 이송 시스템을 사용함으로써 달성된다.

본 발명의 선형 구조는 상당히 융통성이 있고 다양한 기판 크기 및 형상을 갖는다. 반도체 제작에 사용되는 웨이퍼는 통상적으로 둥글고 약 200 또는 300 ㎜ 의 직경을 갖는다. 반도체 산업은 웨이퍼당 더 많은 장치를 얻기 위해 항상 노력해왔고 75 ㎜, 100 ㎜, 200 ㎜ 에서 300 ㎜ 까지 더 큰 웨이퍼 크기로 꾸준하게 이동했으며, 450 ㎜ 직경의 웨이퍼로의 이동을 기대하기 위해 계속적인 노력이 있어 왔다. 독특한 구조로 인해서, 클린 룸 웨이퍼 팹 (wafer fab) 에 요구되는 바닥 공간은 주변에 위치된 프로세스를 갖는 통상적인 클러스터 장비를 갖는 만큼 커지지는 않을 것이다.

또한 생산량을 증가시키기 위해서 클러스터 장비 유형 (도 1) 의 크기를 증가시키는 것을 소망한다면, 전체 측정치에 대한 애드 온 (add on) 으로 동력이 증가되는 반면, 본 출원에 설명되는 시스템의 크기의 증가는 한 방향, 예를 들어, 길이이고 시스템의 폭은 동일하게 유지된다. 알루미늄 처리 등의 유사한 프로세스에서는, 도 1 에 도시된 장비보다 더 적은 공간을 차지하는, 도 9 에 도시된 유형의 시스템을 이용하는 동일한 기간 동안의 처리량에 있어서, 도 9 의 장비는 도 1 의 시스템이 하는 것보다 거의 2 배 정도 (빠른 산출시 약 170%) 의 웨이퍼를 생산한다. 따라서 종래 유닛에 비해 개시된 시스템을 이용하여 측정된 클린 룸 영역당 웨이퍼 출력은 상당히 향상된다. 명백하게 이는 웨이퍼의 제조시에 비용 감소라는 목적을 달성한다.

이 장비의 설계는 원형 기판으로 한정되지 않는다. 원호 모양으로 기재된 경로에서 웨이퍼를 이동시키는 클러스터 장비는, 장비가 실제 기판의 직사각형 형상을 새기는 원형 기판을 다루기 위한 크기가 될 필요가 있음에 따라 기판이 직사각형이라면 특히 불리한 반면, 선형 장비는 실제 형상을 통과하는데 필요한 임의의 방향으로도 더 클 필요가 없다. 예를 들어, 300 ㎜ 의 정사각형 기판을 이용해 작업하면, 클러스터 장비는 424 ㎜ 의 원형 기판을 다루기 위한 크기가 될 필요가 있는 반면, 선형 장비는 300 ㎜ 의 원형 기판에 필요한 것보다 더 클 필요가 없다.

또한 운송 챔버 (32) 의 크기는 몇몇 다른 부재의 웨이퍼이든지 간에 기판을 입구 챔버로부터 처리 챔버로 그리고 처리 챔버로부터 시스템 밖으로 이동시키는 것이 필요한 룸만을 제공할 필요가 있다. 따라서 이 챔버의 폭은 처리될 기판의 크기보다 약간만 더 커야 한다. 그러나, 더 작은 부재들이 시스템에서 처리될 수도 있고, 기판 홀더에서 복수 개로서 함께 처리될 수도 있다.

본 발명이 구체적인 재료, 및 구체적인 단계의 대표적인 실시형태의 관점에서 논의되었지만, 당업자들은 이들 구체적인 예의 변형이 만들어지고 및/또는 사용되고, 이러한 구조 및 방법은 첨부의 청구범위에 규정된 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수도 있는 변경을 용이하게 하기 위해서 작업의 논의뿐만 아니라 설명되고 도시되는 실행에 의해 부여되는 이해로부터 뒤따를 것이라는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims

선형 트랙 상에서 자유롭게 다니도록 구성된 베이스,
상기 베이스에 선형 동작을 부여하는 선형 모터,
상기 베이스에 결합되는 제 1 아암 부분,
상기 제 1 아암 부분에 회전가능하게 결합되는 제 2 아암 부분,
상기 제 2 아암 부분에 회전가능하게 결합되는 제 3 아암 부분,
제 1 모터의 회전을 자기적으로 추종하여 상기 제 2 아암 부분을 회전시키도록 구성되는 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리, 및
제 2 모터의 회전을 자기적으로 추종하여 상기 제 3 아암 부분을 회전시키도록 구성되는 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리를 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되는 제 1 풀리,
상기 제 2 아암 부분에 결합되는 제 2 풀리, 및
상기 제 1 풀리로부터 상기 제 2 풀리로 회전 동작을 전달하여서 상기 제 2 아암 부분을 회전시키는 가요성 무한 밴드를 더 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 제 2 풀리는 상기 제 1 풀리보다 큰 직경인, 관절 아암 로봇 시스템.
제 2 항에 있어서,
상기 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되는 제 3 풀리,
상기 제 3 풀리로부터 무한 밴드에 의해 구동되는 제 4 풀리,
상기 제 4 풀리에 연결된 제 5 풀리,
상기 제 3 아암 부분에 결합된 제 6 풀리, 및
상기 제 5 풀리로부터 상기 제 6 풀리로 회전 동작을 전달하여서 상기 제 3 아암 부분을 회전시키는 가요성 무한 밴드를 더 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 제 6 풀리는 상기 제 5 풀리보다 큰 직경인, 관절 아암 로봇 시스템.
제 1 항에 있어서,
제 3 모터의 회전을 자기적으로 추종하도록 구성된 제 3 자기 결합식 팔로워 어셈블리, 및
상기 제 3 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되고 그와 함께 회전하여서 상기 제 1 아암 부분의 상승을 변경하는 리드 스크류를 더 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 6 항에 있어서,
제 1 스플라인 축을 통해 상기 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되는 제 1 풀리, 및
제 2 스플라인 축을 통해 상기 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되는 제 2 풀리를 더 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 7 항에 있어서,
중첩된 축 상에 장착되는 제 3 풀리 및 제 4 풀리,
상기 제 1 풀리로부터 상기 제 3 풀리로 회전을 전달하여서 상기 제 2 아암 부분을 회전시키는 제 1 드라이브 벨트, 및
상기 제 2 풀리로부터 상기 제 4 풀리로 회전을 전달하여 상기 제 3 아암 부분을 회전시키는 제 2 드라이브 벨트를 더 포함하는, 관절 아암 로봇 시스템.
제 8 항에 있어서, 상기 제 3 풀리는 상기 제 1 풀리보다 직경이 큰, 관절 아암 로봇 시스템.
기다란 진공 챔버,
상기 기다란 진공 챔버 내부에 고정된 선형 트랙,
상기 진공 챔버 외부에 위치되고 제 1 자기 드라이버를 회전시키는 제 1 모터,
상기 진공 챔버 외부에 위치되고 제 2 자기 드라이버를 회전시키는 제 2 모터,
상기 선형 트랙 상에서 다니는 로봇 아암 어셈블리로서,
상기 선형 트랙 상에서 자유롭게 다니도록 구성된 베이스,
상기 베이스에 선형 동작을 부여하는 선형 모터,
상기 베이스에 결합되는 고정 아암,
상기 고정 아암에 회전가능하게 결합되는 관절 아암,
상기 제 1 자기 드라이버의 회전을 자기적으로 추종하여 상기 관절 아암을 회전시키도록 구성되는 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리, 및
상기 제 2 자기 드라이버의 회전을 자기적으로 추종하도록 구성되는 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리를 구비하는 로봇 아암 어셈블리, 및
상기 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되어 그로부터 회전 동작을 받아서 상기 고정 아암을 상승시키는 상승 기구를 포함하는 기판 운송 시스템.
제 10 항에 있어서,
상기 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리에 결합되는 제 1 풀리,
상기 관절 아암에 결합되는 제 2 풀리, 및
상기 제 1 풀리로부터 상기 제 2 풀리로 회전 동작을 전달하여서 상기 관절 아암을 회전시키는 가요성 무한 밴드를 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 상승 기구는 리드 스크류를 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 12 항에 있어서, 스플라인 축을 더 포함하고, 상기 제 1 풀리는 상기 스플라인 축 상에 장착되는, 기판 운송 시스템.
제 11 항에 있어서, 상기 관절 아암에 회전가능하게 결합되는 로봇 아암 부분을 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 14 항에 있어서,
상기 진공 챔버 외부에 위치되고 제 3 자기 드라이버를 회전시키는 제 3 모터, 및
상기 제 3 자기 드라이버의 회전을 자기적으로 추종하여 상기 로봇 아암 부분을 회전시키도록 구성되는 제 3 자기 결합식 팔로워 어셈블리를 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 15 항에 있어서, 상기 로봇 아암 부분을 회전시키기 위해서 상기 제 3 모터의 회전 동작을 전달하는 풀리 및 무한 밴드 어셈블리를 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 16 항에 있어서, 스플라인 축을 더 포함하고, 상기 풀리 및 무한 밴드 어셈블리의 적어도 하나의 풀리는 상기 스플라인 축 상에 장착되는, 기판 운송 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 자기 드라이버와 상기 제 1 및 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리 사이의 진공 파티션을 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 18 항에 있어서, 상기 제 1 자기 결합식 팔로워 어셈블리는 감속 기어를 더 포함하는, 기판 운송 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 제 2 자기 결합식 팔로워 어셈블리는 감속 기어를 더 포함하는, 기판 운송 시스템.