KR20110095998A - 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반도체 제조장비의 웨이퍼 측면파지를 위한 구동기구에 관한 것으로 종래의 웨이퍼 이송장치는 장비내에서 웨이퍼를 공정모듈에 이송할 때, 삼발이, 공압구동기 및 벨로우즈 등의 복잡한 부설장치가 공정모듈에 필요하게 되어, 진공배기 속도, 공정안정도 및 공정균일도가 나빠지게 되며 또한 웨이퍼 측면파지형 집게의 구조는 위와 같은 문제점을 개선하기는 하지만, 집게손가락이 웨이퍼를 잡을 때 각 집게손가락에 개별적으로 작동되는 인장스프링에 의한 탄성력에만 의존하여 개별적으로 작용하므로, 집게의 좌우 방향에 대한 각도의 균형 및 강성이 작다는 문제점이 있어 웨이퍼의 파지가 실패할 우려가 있었으나 본 발명은 집게를 구동하는 두 회전축의 풀리(pulley) 주위에 인장강성이 높은 연동용 스틸 벨트(steel belt)를 8자 형태로 감아 두 개의 집게손가락의 회전운동이 연동되도록 하여 웨이퍼를 보다 안정하게 파지할 수 있고, 또한 집게의 측면방향에 대한 강성을 부여함으로써 웨이퍼의 이송속도를 증가시킬 수 있도록 한 웨이퍼 측면파지 이송용 집게(end effector)의 구동기구에 관한 것이다.

Description

웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구{DRIVING APPARATUS OF END EFFECTOR FOR TRANSPORTING WAFER BY SEIZING SIDE THEREOF}
본 발명은 반도체 제조장치의 웨이퍼 측면파지를 위한 구동기구에 관한 것으로 특히, 두 개의 집게손가락의 회전운동이 연동되도록 하여 웨이퍼를 보다 안정하게 파지할 수 있고, 또한 집게의 측면방향에 대한 강성을 부여함으로써 웨이퍼의 이송속도를 증가시킬 수 있도록 한 웨이퍼 측면파지 이송용 집게(end effector)의 구동기구에 관한 것이다.
반도체 제조는 대부분 진공에서 공정이 이루어지고 있으며, 최근에는 공정의 통합과 추세에 따라 몇 개의 공정모듈과 운송모듈로 이루어진 통합형 장비(cluster tool)가 많이 사용되고 있다.
이와 같은 장비내에서 웨이퍼를 공정모듈에 이송할 때, 삼발이, 공압구동기 및 벨로우즈 등의 복잡한 부설장치가 공정모듈에 필요하게 되어, 진공배기 속도, 공정안정도 및 공정균일도가 나빠지게 된다.
최근 이의 개선을 위하여 본 출원인은 특허출원 제 94-32936호를 통하여 웨이퍼의 측면파지형 집게를 제안하므로서 상기 종래의 부설장치가 불필요한 공정모듈의 설계가 가능하도록 한 바 있다.
상기 선출원은 도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같은 웨이퍼 측면파지형 집게의 구조는 위와 같은 문제점을 개선하기는 하지만, 집게손가락(110)이 웨이퍼(300)를 잡을 때 각 집게손가락(110)에 개별적으로 작동되는 인장스프링(150)에 의한 탄성력에만 의존하여 개별적으로 작용하므로, 집게의 좌우방향(190)에 대한 각도의 균형 및 강성(stiffness)이 작다는 문제점이 있다.
따라서 웨이퍼(300)를 파지할 때 집게구동용 이동자(132)가 정확하게 직선으로 움직이지 않을 경우, 두 집게손가락(110)이 좌우대칭으로 움직이지 않기 때문에 웨이퍼(300)의 파지가 실패할 우려가 있다.
또한 통합형장비의 공정모듈들 사이로 웨이퍼(300)가 이동될 때 좌우방향(190)의 강성 부족으로 웨이퍼(300)가 집게에서 떨어질 수 있으며, 이를 피하기 위해서는 이동시의 최대 가속도를 낮추어야 하기 때문에 결국 웨이퍼(300)의 이동속도가 줄게 되어 전체 통합형장비의 운용효율이 떨어진다는 문제가 있다.
따라서 본 발명의 목적은 두 개의 집게손가락(110)에 있어서 좌우방향(190) 운동이 원리적으로 불가능한 구동기구를 채택하여 구동기구의 안정성 및 웨이퍼의 이송속도를 개선하므로써 장비의 운용효율을 높일 수 있는 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명에 따른 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구는, 집게구동기로 사용된 솔레노이드와; 상기 집게구동기의 철심으로 사용되는 로드와; 상기 로드와 두 회전축의 풀리에 중앙과 양쪽 끝이 각각 연결된 구동용 스틸 벨트와; 두 회전축의 풀리 주위에 8자 형태로 감을 수 있도록 상하부의 일부가 절단된 연동용 스틸 벨트와; 집게손가락의 안쪽 양측에 연결된 인장스프링으로 구성되어 웨이퍼(300)를 잡는 집게손가락(110)의 두 회전축을 서로 반대방향으로 연동시켜, 집게손가락(110)의 좌우방향(190)에 대한 강성을 강화시킴으로써 웨이퍼 이송의 안정성 및 운송속도를 개선하고, 이를 통하여 전체 장비의 운용효율을 높일 수 있도록 함을 특징으로 한다.
즉 집게를 구동하는 두 회전축의 풀리(pulley) 주위에 인장강성이 높은 연동용 스틸 벨트(steel belt)를 8자 형태로 감고, 그 위에 솔레노이드 구동기의 철심인 로드를 연결하기 위한 구동용 스틸 벨트를 다시 감아 웨이퍼 이송기의 강성을 크게 함으로써 장비의 운용효율을 높이도록 하는 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명은 웨이퍼(300)를 잡는 집게손가락(110)의 두 회전축을 서로 반대방향으로 연동시켜 집게손가락(110)의 좌우방향(190)에 대한 강성을 강화시킴으로써, 웨이퍼(300)를 파지할 때 집게구동용 이동자(132)가 정확하게 직선으로 움직이며, 두 집게손가락(110)이 좌우대칭으로 움직이므로 웨이퍼(300)의 파지가 정확하며, 웨이퍼 이송의 안정성 및 운송속도를 개선하도록 하므로서 전체 장비의 운용효율을 높일 수 있는 장점이 있는 것이다.
도 1은 본 발명의 웨이퍼 이송용 집게에 대한 평면 상세도,
도 2는 본 발명의 두 집게손가락에 대한 연동 메커니즘,
도 3은 두 집게손가락에 대한 연동 메카니즘에 대한 변형예,
도 4는 두 집게손가락에 대한 연동 메카니즘에 대한 변형예,
도 5는 본 발명의 연동기구에 사용된 스틸 벨트의 형상,
도 6은 본 발명의 구동기구에 사용된 스틸 벨트의 형상,
도 7a 및 도 7b는 기존의 웨이퍼 측면파지형 집게의 측면 및 평면 상세도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 하기 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1는 본 발명에 의한 구동기구를 사용할 수 있는 웨이퍼 이송장치의 전체 구조로서, 웨이퍼(300)의 측면부위를 잡을 수 있도록 구성된 파지수단과; 상기 파지수단을 움직이게 하는 작동수단을 보여 주고 있다.
파지수단은 집게손가락(110)의 끝단부와 몸체의 선단부에 각각 웨이퍼접촉용 팁(120)이 구비되어 있고, 집게구동기(130)를 포함하는 작동수단에 의해 작동되어 상기 집게손가락(110)이 개폐되면서 웨이퍼(300)의 측면을 파지하도록 구성된다.
상기 작동수단은 양측의 집게손가락(110)의 작동축을 구동하는 풀리(220),(221)를 동시, 동일각도로 함께 연동되도록 하는 연동부재와; 상기 집게구동기(130)에 의해 구동되며, 상기 양측 풀리(220),(221)에 결합되어 집게손가락(110)을 벌리는 기능을 하는 구동용 스틸벨트(200)와; 상기 집게손가락(110)의 양측 사이에 연결되고 집게손가락(110)이 오므라들도록 탄성력을 작용하여 웨이퍼(300)를 잡을 수 있도록 하는 인장스프링(150)을 구성요소로 한다.
상기 작동수단의 연동부재는 적정간격으로 이격 설치된 양측의 풀리(220),(221)의 사이에 8자형으로 감겨 작동될 수 있도록 상,하부의 일부가 절단되고 양단에 풀리연결용 스틸벨트구멍(230)이 형성된 연동용 스틸벨트(201)가 설치되어 구성된다.
다른 실시예로서 상기 연동부재는 양측의 풀리(220),(221)이 상호 밀착 설치되어 상호 마찰에 의하여 동시, 동일각도로 연동되도록 할 수도 있다.
즉 도 3에 도시된 바와 같이 8자형의 연동용 스틸벨트를 제거하는 대신 두 개의 풀리(220),(221)가 상호접촉하여 연동되도록 한 다음 양측 풀리(220),(221)의 외측에 각각 구동용 스틸벨트(200)를 스틸벨트 고정용나사(211)로 고정함으로서 집게구동기(130)의 동력전달이 이루어 질 수 있도록 한 것이다.
본 발명의 또 다른 실시예로서 상기 연동부재는 양측의 풀리(220),(221)의 외측면에 치차(225)를 형성하여 상호 맞물리어 동시, 동일각도로 연동되도록 할 수도 있다.
상기 두 개의 풀리(220),(221)에 형성된 치차(225)는 집게손가락의 좌우 방향에 대한 강성을 강화시키도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 작동원리 및 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명의 작동은 도 1에 도시된 바와 같이 집게구동기(130)의 로드(131)가 전진 또는 후진함에 따라 구동용 스틸벨트(200)와 인장스프링(150)에 의해 집게손가락(110)이 작동되게 된다.
도 2는 본 발명의 장치를 이용하여 웨이퍼(300)를 파지할 때의 운동특성을 보여주는 일실시예 도면으로서, 집게구동기(130)의 솔레노이드에 전류가 흐르면 내부의 철심인 로드(131)가 전진하면서 여기에 연결되어 있는 구동용 스틸벨트(200)가 밀려지게 된다.
이에 따라 오른쪽이 풀리(220)회전축은 시계방향으로, 왼쪽의 풀리(221)는 시계의 반대방향으로 회전되므로 두 집게손가락(110)이 벌어져 웨이퍼(300)를 놓게 된다.
반대로 집게구동기(130)의 전류를 끊으면 두 집게손가락(110) 사이에 연결되어 있는 인장스프링(150)에 의하여 두 집게손가락(110)이 좁혀져 웨이퍼(300)를 잡을 수 있게 되며, 웨이퍼가 없는 경우에는 구동용 스틸벨트(200)가 최대로 팽창된 상태까지만 집게손가락(110)이 좁혀진다.
따라서 한 개의 집게구동기(130)에 의하여 두 집게손가락(110)이 동시에 구동되면서 양측의 풀리(220),(221)가 항상 같은 각도만큼 서로 반대방향으로 회전하므로 웨이퍼(300)를 잡는 위치가 일정해진다.
또한 통합형장비의 웨이퍼 운송모듈안에서 다른 공정을 수행하기 위하여 웨이퍼(300)를 파지한 상태에서 모듈간을 이동할 때, 집게손가락(110)의 좌우방향(190)의 가속도에 의한 웨이퍼(300)의 관성이 집게손가락(110)의 회전모멘트로 작용하여 집게손가락(110)이 벌어질 수 있다.
그러나 본 발명의 경우에는 원리적으로 좌우방향(190)에 대한 회전이 기구적으로 불가능하기 때문에 웨이퍼의 운송 가속도를 크게 함으로써 운송속도를 증가시킬 수 있다.
한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해서 정해져야 한다.
100 : 지지대 110 : 집게손가락
120 : 웨이퍼접촉용팁 130 : 집게구동기
140 : 압축스프링 150 : 인장스프링
160 : 광센서(sensor) 170 : 로보트팔과의 연결 슬롯
180 : 덮개 190 : 집게손가락의 좌우방향
200 : 구동용 스틸벨트(steel belt) 210 : 로드 고정용 나사
220, 221 : 회전축의 풀리 230 : 풀리 연결용 스틸 벨트의 구멍
300 : 웨이퍼(wafer)

Claims (4)

  1. 집게손가락(110)의 끝단부와 몸체의 선단부에 각각 웨이퍼접촉용 팁(120)이 구비되고, 집게구동기(130)를 포함하는 작동수단에 의해 작동되어 상기 집게손가락(110)이 개폐되면서 웨이퍼의 측면을 파지하도록 한 웨이퍼 측면파지 이송용 집게에 있어서, 상기 작동수단은 양측의 집게손가락(110)의 작동축을 구동하는 풀리(220),(221)를 동시, 동일각도로 함께 연동되도록 하는 연동부재와; 상기 집게구동기(130)에 의해 구동되며, 상기 양측 풀리(220),(221)에 결합되어 집게손가락(110)을 벌리는 기능을 하는 구동용 스틸밸트(200)와; 상기 집게손가락(110)의 양측 사이에 연결되고 집게손가락(110)이 오므라들도록 탄성력을 작용하여 웨이퍼(300)를 잡을 수 있도록 하는 인장스프링(150)을 구성요소로 하여 양측의 회전축이 서로 반대방향으로 일정한 각도 연동하여 집게손가락(110)의 좌우방향(190)으로 강성을 증가시킴으로서 운송가속도 및 속도에 대한 사용한계를 확대하도록 함을 특징으로 하는 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구.
  2. 제1항에 있어서, 상기 연동부재는,
    적정간격으로 이격 설치된 양측의 풀리(220),(221)의 사이에 8자형으로 감겨 작동될 수 있도록 상,하부의 일부가 절단되고 양단에 풀리연결용 스틸밸트구멍(230)이 형성된 연동용 스틸벨트(201)임을 특징으로 하는 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구.
  3. 제1항에 있어서, 상기 연동부재는,
    양측의 풀리(220),(221)이 상호 밀착 설치되어 상호 마찰에 의하여 동시, 동일각도로 연동되도록 함을 특징으로 하는 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연동부재는,
    양측의 풀리(220),(221)의 외측면에 치차(225)를 형성하여 상호 맞물리어 동시, 동일각도로 연동되도록 함을 특징으로 하는 웨이퍼 측면파지 이송용 집게의 구동기구.
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