KR20110137078A - 수직형 기판 이송 로봇 - Google Patents

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KR20110137078A
KR20110137078A KR1020100057096A KR20100057096A KR20110137078A KR 20110137078 A KR20110137078 A KR 20110137078A KR 1020100057096 A KR1020100057096 A KR 1020100057096A KR 20100057096 A KR20100057096 A KR 20100057096A KR 20110137078 A KR20110137078 A KR 20110137078A
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vertical
tray
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김영도
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김영민
전용배
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Abstract

수직형 기판 이송 로봇이 개시된다. 본 발명의 수직형 기판 이송 로봇은, 로봇 본체; 로봇 본체의 어느 일측에 결합되며, 기판을 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워 지지하는 수직형 기판 트레이; 및 수직형 기판 트레이에 마련되어 수직형 기판 트레이 상에서 기판을 그립핑하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있다.

Description

수직형 기판 이송 로봇{Vertical type robot for transferring a substrate}
본 발명은, 수직형 기판 이송 로봇에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 수직형 기판 이송 로봇에 관한 것이다.
기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel), 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)와 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display), 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리키나 이하에서는 유기전계발광표시장치(OLED)를 기판으로 설명한다.
OLED는 애노드와 캐소드 그리고, 애노드와 캐소드 사이에 개재된 유기막들을 포함하고 있다. 여기서 유기막들은 최소한 발광층을 포함하며, 발광층 이외에도 정공 주입층, 정공 수송층, 전자 수송층, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다.
OLED는 유기막 특히, 발광층을 이루는 물질에 따라서 고분자 유기발광소자와 저분자 유기발광소자로 나누어질 수 있다. 풀 칼라(full color)를 구현하기 위해서는 발광층을 패터닝해야 하는데, 대형 OLED를 제작하는 방식으로는 FMM(Fine Metal Mask, 이하 마스크라 함)을 이용한 직접 패터닝 방식과 LITI(Laser Induced Thermal Imaging) 공법을 적용한 방식, 컬러 필터(color filter)를 이용하는 방식 등이 있다.
한편, 마스크 방식을 적용하여 대형 OLED를 제작할 때에는 챔버 내에 기판과 패터닝(patterning)된 마스크를 수평으로 배치시킨 후에 증착하는 이른바 수평식 상향 증착 공법이 적용되고 있다. 이러한 수평식 상향 증착 공법은 챔버 등의 바닥면에 대해 수평으로 배치된 기판과 마스크를 상호 얼라인시킨 후 합착시키고 수평 상태에서 대형 기판에 유기물을 증착시키는 방법이다.
그런데, 현재 OLED가 대형화됨에 따라 마스크가 점점 대형화 및 고중량화되고 있으며, 이 경우 중력 방향으로 마스크의 처짐(face down)이 발생하여 기판에 대해 마스크를 밀착시키는 것이 어렵게 됨에 따라 결국에는 양산에서 요구되는 정밀도를 확보하기 어려운 문제점이 있다.
뿐만 아니라 종전처럼 기판과 마스크, 특히 기판을 수평 방향으로 눕혀 이송시키는 경우에는 수평형 기판을 지지하는 수평 트레이(tray)와 기판 간의 넓은 접촉 마찰에 따른 파티클(particle) 발생이 심하고, 또한 구조상 한 장의 기판만을 이송시킬 수밖에 없어 택트 타임(tact time)을 감소시키기 어렵다.
이러한 문제점을 감안할 때, 챔버의 바닥면에 대해 수평 방향으로 배치된 기판을 회전시켜 수직 방향 또는 80도 내지 90도 정도의 수직 기울임 방향(이하, 이들을 통틀어 수직 방향이라 함)으로 세우기 위한 방안이 고려될 수 있으나 만일 챔버 내에서 기판을 수직 방향으로 세워야 하는 경우라면 챔버의 공간이 증대되기 때문에, 즉 풋 프린트(foot print)가 증대되기 때문에 바람직하지 못하다.
따라서 기판이 챔버 내로 인입되기 전에 기판을 미리 수직 방향으로 세워 챔버 내로 인입시키기 위한 방안이 요구되나 현재까지 알려진 수평형 로봇 본체의 경우 챔버 내의 고진공 하에서 기판을 그립핑(gripping)하는 기능을 가지고 있지 않기 때문에 수평형 로봇 본체를 단순히 수직 방향으로 장착하는 정도만으로는 기판을 수직 방향으로 세워 이송시키기가 용이하지 않으므로 새로운 타입의 수직형 기판 이송 로봇에 대한 기술 개발이 요구된다.
본 발명의 목적은, 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 수직형 기판 이송 로봇을 제공하는 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 로봇 본체; 상기 로봇 본체의 어느 일측에 결합되며, 기판을 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워 지지하는 수직형 기판 트레이; 및 상기 수직형 기판 트레이에 마련되어 상기 수직형 기판 트레이 상에서 상기 기판을 그립핑하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇에 의해 달성된다.
여기서, 상기 로봇 본체는, 로봇 프레임; 상기 로봇 프레임에 대해 상대 회전 또는 상대 이동 가능하게 결합되는 로봇 바디; 및 일단부는 상기 로봇 바디에 연결되고 타단부는 상기 수직형 기판 트레이에 연결되어 상기 로봇 바디에 대해 접철 또는 회전 가능한 적어도 하나의 로봇 아암을 포함할 수 있다.
상기 적어도 하나의 로봇 아암은 다수의 로봇 아암일 수 있으며, 상기 다수의 로봇 아암은 상기 로봇 바디를 기준으로 상호 대칭되게 한 쌍씩 마련될 수 있으며, 상기 수직형 기판 트레이는 상기 한 쌍씩의 로봇 아암에 결합되는 2개의 듀얼(dual) 수직형 기판 트레이일 수 있다.
상기 로봇 본체는 상기 로봇 아암의 운동을 가이드하는 아암 가이드를 더 포함할 수 있다.
상기 수직형 기판 트레이의 표면에는 상기 기판이 안착되어 위치되는 자리홈이 함몰되게 더 형성될 수 있으며, 상기 그립핑 유닛은 상기 자리홈의 둘레 방향을 따라 상호 이격된 위치에 다수 개 마련될 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 기판이 세워지는 방향에 교차되는 방향을 따라 상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 축부와, 상기 축부의 단부에서 상기 축부의 지름보다 크게 형성되는 머리부를 구비하는 지지부재; 상기 머리부가 상기 수직형 기판 트레이의 표면에서 멀어지는 방향으로 상기 지지부재를 가압하는 제1 가압부; 상기 지지부재의 축부에 결합되며, 상기 머리부를 상기 수직형 기판 트레이의 표면 쪽으로 당기는 방향으로 탄성바이어스되는 제1 스프링; 및 상기 축부와 상기 머리부 사이에 배치되어 상기 기판을 그립핑하는 제1 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 기판이 세워지는 방향을 따라 상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 랙기어; 상기 랙기어를 구동시키는 기어구동부; 상기 랙기어와 기어 맞물림되는 피니언기어; 및 상기 피니언기어에 연결되며, 상기 피니언기어의 정역 방향 회전에 따른 동작에 기초하여 동작되면서 상기 기판을 그립핑하는 제2 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 수직형 기판 트레이에 이동 가능하게 마련되는 이동블록; 상기 이동블록을 상기 기판이 세워지는 방향을 따라 가압하는 제2 가압부; 상기 이동블록과 연결되는 플레이트에 일단부가 연결되어 상기 이동블록이 원위치로 복귀되도록 탄성바이어스되는 제2 스프링; 상기 이동블록에 연결되어 상기 제2 가압부의 작용에 기초하여 상기 기판을 그립핑하는 제3 그립퍼; 및 상기 이동블록과 상기 제3 그립퍼를 연결하는 제1 연결블록을 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 판스프링; 상기 판스프링의 일단부에 연결되는 제2 연결블록; 상기 제2 연결블록에 연결되어 상기 기판을 그립핑하는 제4 그립퍼; 및 상기 판스프링의 타단부 영역에서 상기 판스프링의 타단부 영역을 선택적으로 가압하는 제3 가압부를 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 정전기력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 정정 척(chuck)일 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 접착력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 접착 척(chuck)일 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 수직형 기판 트레이에 이동 가능하게 마련되어 상기 기판을 부분적으로 감싸는 형태로 그립핑하는 한글 'ㄷ'자 형태의 제5 그립퍼; 및 상기 제5 그립퍼와 연결되어 상기 제5 그립퍼를 원위치 복귀시키는 제3 스프링을 포함할 수 있다.
상기 그립핑 유닛은, 상기 수직형 기판 트레이에 사각 구도로 배치되어 상기 기판의 4군데 코너(corner) 영역을 그립핑하는 다수의 에지 그립퍼를 포함할 수 있다.
상기 에지 그립퍼는 평면 투영 시 한글 'ㄴ'자 형태를 가지고, 단면은 한글 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있으며, 상기 기판은 대면적 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)일 수 있다.
본 발명에 따르면, 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(process)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇이 챔버에 배치된 상태를 개략적으로 도시한 구조도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수직형 기판 이송 로봇의 개략적인 사시도이다.
도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 작동 상태 측면 구조도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제4 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
도 11a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇에서 그립핑 유닛의 배치 상태 평면도이다.
도 11b는 도 11a의 Z-Z 선에 따른 개략적인 단면 구조도이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도면 대비 설명에 앞서 기판이라 함은, 플라즈마 디스플레이(PDP, Plasma Display Panel), 액정디스플레이(LCD, Liquid Crystal Display) 및 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)와 같은 평판표시소자(FPD, Flat Panel Display), 반도체용 웨이퍼(wafer), 포토 마스크용 글라스(glass) 등을 가리킬 수 있으나 이하에서는 유기전계발광표시장치(OLED) 중에서도 대면적 OLED를 기판이라 하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇이 챔버에 배치된 상태를 개략적으로 도시한 구조도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수직형 기판 이송 로봇의 개략적인 사시도이며, 도 3a 및 도 3b는 각각 도 2의 작동 상태 측면 구조도이고, 도 4a 및 도 4b는 각각 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 수직형 기판 이송 로봇은, 로봇 본체(110)와, 로봇 본체(110)의 어느 일측에 결합되며 기판을 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워 지지하는 수직형 기판 트레이(120)와, 수직형 기판 트레이(120)에 마련되어 수직형 기판 트레이(120) 상에서 기판을 그립핑하는 그립핑 유닛(130, gripping unit)을 포함한다.
로봇 본체(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 다수의 프로세스 챔버(P/C) 사이의 소위 트랜스퍼 챔버(T/C) 내에 마련되어 다수의 프로세스 챔버(P/C)로 기판을 이송시킬 수 있다. 물론, 도 1은 하나의 실시예에 불과할 뿐이며, 하나의 프로세스 챔버(P/C)에 하나의 로봇 본체(110)가 대응되게 마련되어도 무방하다.
이러한 로봇 본체(110)는, 로봇 프레임(111)과, 로봇 프레임(111)에 대해 상대 회전 또는 상대 이동 가능하게 결합되는 로봇 바디(112)와, 일단부는 로봇 바디(112)에 연결되고 타단부는 수직형 기판 트레이(120)에 연결되어 로봇 바디(112)에 대해 접철 또는 회전 가능한 다수의 로봇 아암(113)과, 로봇 아암(113)의 운동을 가이드하는 아암 가이드(114)를 구비한다.
로봇 프레임(111)은 로봇 본체(110)를 지지하는 부분이다. 도 1의 구성처럼 적용된다면 로봇 프레임(111)은 트랜스퍼 챔버(T/C)에 결합될 수 있다. 로봇 프레임(111)에는 로봇 본체(110)의 구동을 위한 구성들이 결합된다.
로봇 바디(112)는 로봇 프레임(111)에 대해 상대 회전 또는 상대 이동 가능하게 결합될 수 있다. 본 실시예의 경우 로봇 바디(112)는 로봇 프레임(111)에 대해 상대 회전가능하게 결합되는데, 예컨대 로봇 바디(112)는 로봇 프레임(111)에 대해 대략 330도 정도로 상대 회전될 수 있다. 때문에, 도 1처럼 프로세스 챔버(P/C)가 로봇 본체(110)를 사이에 두고 방사상으로 다수 개 배열되는 경우에도 본 발명의 수직형 기판 이송 로봇은 기판을 해당 프로세스 챔버(P/C)로 이송시킬 수 있다.
로봇 아암(113)은 로봇 바디(112)와 수직형 기판 트레이(120)를 연결하는 부분이다. 외팔보 형태도 충분히 가능하지만 본 실시예의 경우에는 다수의 로봇 아암(113)을 적용하고 있다.
이때, 다수의 로봇 아암(113)은 도시된 것처럼 로봇 바디(112)를 기준으로 상호 대칭되게 한 쌍씩 마련되며, 한 쌍씩의 로봇 아암(113)에는 각각 하나씩의 수직형 기판 트레이(120)가 연결된다. 한 쌍씩의 로봇 아암(113)은 상호 대칭되는 구조를 가지기 때문에 도 2 및 도 3처럼 그 사이의 간격이 상호간 쉽게 조절이 가능하다. 이는 로봇 아암(113)이 로봇 바디(112)에 대해 접철 또는 회전 가능한 구조를 가지기 때문이다. 이러한 로봇 아암(113)에는 도시하지는 않았지만 그립(grip)에 필요한 각종 공압 및 파워 케이블(power cable)이 피드스루(feedthru)되어 있다.
아암 가이드(114)는 로봇 아암(113)의 운동을 가이드하는 역할을 한다. 즉 한 쌍씩 상호 대칭되게 마련되는 다수의 로봇 아암(113)은 아암 가이드(114)에 의해 도 3a 및 도 3b처럼 상호 유기적으로 또는 일관되게 동작되면서 기판을 해당 프로세스 챔버(P/C)로 이송시킬 수 있다.
수직형 기판 트레이(120)는 기판이 수직 방향 또는 80도 내지 90도 정도의 수직 기울임 방향(이하, 이들을 통틀어 수직 방향이라 함)으로 세워져 지지되는 부분이다. 수직형 기판 트레이(120)는 기판을 지지해야 하기 때문에 기판의 사이즈보다는 좀 더 크게 제작된다.
이러한 수직형 기판 트레이(120)에는 다수의 그립핑 유닛(130)이 결합되어야 하고 또한 대면적 기판이 지지되어야 하기 때문에 수직형 기판 트레이(120)는 강성이 있되 가급적 중량이 적게 나가도록 제작되는 것이 바람직하며, 그래야만 로봇 본체(110)의 부하를 줄일 수 있다.
본 실시예에서 수직형 기판 트레이(120)는 한 쌍씩의 로봇 아암(113)에 각각 연결되고 있기 때문에 총 2개가 마련된다. 즉 본 실시예의 수직형 기판 트레이(120)는 한 쌍씩의 로봇 아암(113)에 결합되는 2개의 듀얼(dual) 수직형 기판 트레이(120)로 적용된다. 이와 같을 경우, 수직형 기판 트레이(120) 각각에 하나씩의 기판이 지지될 수 있고, 또한 로봇 본체(110)에 의해 동시에 동작될 수 있기 때문에 본 실시예의 수직형 기판 이송 로봇에 의하면 두 장의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있게 된다.
한편, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 경우, 기판은 수직형 기판 트레이(120)의 표면에 형성되는 자리홈(121)에 부분적으로 삽입된 상태에서 다수의 그립핑 유닛(130)에 의해 그립핑된다. 하지만, 이러한 사항은 하나의 실시예에 불과하므로 수직형 기판 트레이(120)의 표면에 자리홈(121)이 반드시 형성되어야 할 필요는 없다.
다수의 그립핑 유닛(130)은 수직형 기판 트레이(120)에 마련되어 수직형 기판 트레이(120) 상에서 기판을 그립핑하는 역할을 한다. 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 다수의 그립핑 유닛(130)은 자리홈(121)의 둘레 방향을 따라 상호 이격된 위치에서 동작되면서 수직형 기판 트레이(120)와 함께 기판을 그립핑한다.
본 실시예에서 다수의 그립핑 유닛(130)은 기판의 장변 또는 단변 영역을, 혹은 기판의 4군데 코너(corner) 영역 그립핑하도록 수직형 기판 트레이(120)에 다수 개 마련된다.
이러한 그립핑 유닛(130)은, 기판이 세워지는 방향에 교차되는 방향을 따라 수직형 기판 트레이(120)에 마련되는 축부(131a)와, 축부(131a)의 단부에서 축부(131a)의 지름보다 크게 형성되는 머리부(131b)를 구비하는 지지부재(131)와, 머리부(131b)가 수직형 기판 트레이(120)의 표면에서 멀어지는 방향으로 지지부재(131)를 가압하는 제1 가압부(132)와, 지지부재(131)의 축부(131a)에 결합되며 머리부(131b)를 수직형 기판 트레이(120)의 표면 쪽으로 당기는 방향으로 탄성바이어스되는 제1 스프링(133)과, 지지부재(131)의 축부(131a)와 머리부(131b) 사이에 배치되어 기판을 그립핑하는 제1 그립퍼(134)를 구비한다.
지지부재(131)는 제1 그립퍼(134)를 지지하는 부분이고, 제1 스프링(133)은 제1 가압부(132)의 가압력이 해제된 때에 도 4a처럼 머리부(131b)를 수직형 기판 트레이(120)의 표면 쪽으로 당겨 제1 그립퍼(134)로 하여금 기판을 그립핑하도록 하는 역할을 한다.
이러한 구성에 의해, 도 4b처럼 제1 가압부(132)가 동작되어 지지부재(131)의 축부(131a)를 가압하면 지지부재(131)의 가압력에 의해 지지부재(131)는 수직형 기판 트레이(120)의 표면에서 이격되는데, 이때 제1 그립퍼(134) 역시 수직형 기판 트레이(120)의 표면에서 이격되면서 기판은 수직형 기판 트레이(120)의 자리홈(121)으로부터 그립핑 해제될 수 있다.
반대로 도 4a처럼 기판이 수직형 기판 트레이(120)의 자리홈(121)에 배치된 상태에서 제1 가압부(132)의 가압력이 해제되면 제1 스프링(133)이 머리부(131b)를 수직형 기판 트레이(120)의 표면 쪽으로 당겨 제1 그립퍼(134)로 하여금 기판을 그립핑하게 된다.
이러한 방법으로 기판이 듀얼 수직형 기판 트레이(120)에 그립핑되고 나면 로봇 본체(110)의 동작에 기인하여 수직 방향으로 세워져 지지된 기판은 도 1의 해당 프로세스 챔버(P/C)로 이송될 수 있게 된다.
이와 같은 구조와 동작을 갖는 본 실시예의 수직형 기판 이송 로봇에 따르면, 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(P/C)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있게 된다.
이하, 그립핑 유닛(230~830)의 다양한 실시예에 대해 도 5a 내지 도 11b를 참조하여 설명하도록 한다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(230)은, 기판이 세워지는 방향을 따라 수직형 기판 트레이(220)에 마련되는 랙기어(231)와, 랙기어(231)를 구동시키는 기어구동부(232)와, 랙기어(231)와 기어 맞물림되는 피니언기어(233)와, 피니언기어(233)에 연결되며 피니언기어(233)의 정역 방향 회전에 따른 동작에 기초하여 동작되면서 기판을 그립핑하는 제2 그립퍼(234)를 구비한다. 이때, 제2 그립퍼(234) 역시 피니언기어(233)에 기어 맞물림되는 것이 유리할 수 있다.
이러한 구성에 의해, 기어구동부(232)에 의해 랙기어(231)가 도 5a의 A 방향으로 동작되면 이에 연동되어 피니언기어(233)가 회전되면서 제2 그립퍼(234)를 B 방향으로 동작시켜 기판이 수직형 기판 트레이(220)의 자리홈(231)에 그립핑되도록 한다.
반대로 도 5b처럼 기어구동부(232)에 의해 랙기어(231)가 도 5b의 C 방향으로 동작되면 이에 연동되어 피니언기어(233)가 역회전되면서 제2 그립퍼(234)를 D 방향으로 동작시켜 기판이 수직형 기판 트레이(220)의 자리홈(231)으로부터 그립핑 해제되도록 한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제3 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(330)은, 수직형 기판 트레이(320)에 이동 가능하게 마련되는 이동블록(331)과, 이동블록(331)을 기판이 세워지는 방향을 따라 가압하는 제2 가압부(332)와, 이동블록(331)과 연결되는 플레이트(336)에 일단부가 연결되어 이동블록(331)이 원위치로 복귀되도록 탄성바이어스되는 제2 스프링(333)과, 이동블록(331)에 연결되어 제2 가압부(332)의 작용에 기초하여 기판을 그립핑하는 제3 그립퍼(334)와, 이동블록(331)과 제3 그립퍼(334)를 연결하는 제1 연결블록(335)을 구비한다. 본 실시예는 가압되는 방향이 제1 실시예와는 다른 형태를 개시하고 있다.
이러한 구성에 의해, 제2 가압부(332)가 동작되어 이동블록(331)을 가압하면 이러한 가압력에 의해 이동블록(331), 제1 연결블록(335) 및 제3 그립퍼(334)가 도 6a의 E 방향으로 동작되면서 기판이 수직형 기판 트레이(320)의 자리홈(331)에 그립핑되도록 한다.
반대로, 도 6b처럼 제2 가압부(332)의 가압력이 해제되면 압축되었던 제2 스프링(333)이 팽창되면서 이동블록(331) 및 제1 연결블록(335)을 통해 제3 그립퍼(334)를 도 6b의 F 방향으로 이동시킴에 따라 기판은 수직형 기판 트레이(320)의 자리홈(321)으로부터 그립핑 해제될 수 있게 된다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 제4 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(430)은, 수직형 기판 트레이(420)에 마련되는 판스프링(431)과, 판스프링(431)의 일단부에 연결되는 제2 연결블록(432)과, 제2 연결블록(432)에 연결되어 기판을 그립핑하는 제4 그립퍼(433)와, 판스프링(431)의 타단부 영역에서 판스프링(431)의 타단부 영역을 선택적으로 가압하는 제3 가압부(434)를 구비한다. 본 실시예는 전술한 실시예들과 달리 비틀림 코일 스프링인 아닌 판스프링(431)을 적용하고 있다.
이러한 구성에 의해, 제3 가압부(434)가 동작되어 판스프링(431)의 타단부 영역을 도 7b처럼 가압하면 가압력에 의해 판스프링(431)이 제2 연결블록(432)을 비롯하여 제4 그립퍼(433)를 도 7b의 G 방향으로 이동시킴에 따라 기판은 수직형 기판 트레이(420)의 자리홈(421)으로부터 그립핑 해제된다.
반대로, 제3 가압부(434)의 가압력이 해제되면 도 7a처럼 판스프링(431)이 원위치로 복귀되면서 제2 연결블록(432)을 비롯하여 제4 그립퍼(433)를 도 7a의 H 방향으로 이동시킴에 따라 기판이 수직형 기판 트레이(420)의 자리홈(431)에 그립핑되도록 한다.
도 8a 및 도 8b는 각각 본 발명의 제5 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(530)은, 정전기력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 정정 척(530, chuck)으로 마련된다.
참고로, 정전 척(530)에 대해 간략하게 부연한다. 척(Chuck)이란 공정 진행 동안 기판을 잡아주는 장치로서, 크게는 E 척(E-Chuck)과 M 척(M-Chuck)으로 나뉜다. M 척(M-Chuck)은 기구적으로 기판을 가압하기 때문에 기판에 파티클을 발생시킬 수 있고 또한 기판의 에지(edge)를 쓸모없이 만들 수 있다. 하지만, 본 실시예에서 적용 중에 있는 정전 척(530, ES-Chuck)의 개발로 이런 문제점은 사라졌다 할 수 있다.
본 실시예에서 적용 중에 있는 정전 척(530)은 말 그대로 정전력 (Electrostatic Force), 즉 정전기력에 의해 기판을 잡는 방법으로 기존의 M 척(M-Chuck)에서의 문제점을 제거했다.
정전 척(530)에는 Uni-polar, Bi-polar, Tri-polar 타입 등이 있다.
Uni-polar 타입은 척에 (+) 전압만을 인가하고 플라즈마(Plasma) 발생에 의해 접지(Ground)와 연결되어 척킹을 하는데, 척킹 해제(Dechucking)를 하려면 반대의 역바이어스를 걸어주어야 한다. 만약, 반대의 역바이어스를 걸어주지 않으면 전원 공급이 중단되더라도 기판을 수 내지 수십 분 동안 흡착하는 성질이 있다.
Bi-polar 타입은 척에 ＋/－ DC 전압이 인가됨으로써 척킹을 위해 인가된 전압의 역바이어스를 걸어주면 척킹 해제가 되는 구조이다. 척 자체만으로 척킹 또는 척킹 해제가 가능하도록 한 것이며, 플라즈마가 필요 없다는 이점이 있다.
Tri-polar 타입은 Bi-polar 타입과 비슷한데, 한 가지 다른 것은 플라즈마에서 발생한 DC Self 바이어스(Bias)를 읽어(Reading) ＋/－ 전압을 Vdc 만큼 보상해 줌으로써 기판과 척 사이의 네트 차지(Net charge)를 제로(zero)화 해야 하는 것이다.
본 실시예의 정전 척(530)은 전술한 타입 중에서 Bi-polar 타입을 적용하고 있으며, 기판을 척킹한 상태에서 전원 공급이 중단되더라도 기판을 수 내지 수십 분 동안 계속 흡착할 수 있는 성질을 이용하여 기판을 이송하는데 적용하기 위하여 개발된 것이다. 하지만, 본 발명의 권리범위가 이에 제한될 필요는 없으므로 필요에 따라 Uni-polar 타입과 Tri-polar 타입이 적용될 수도 있다.
이러한 정전 척(530)을 그립핑 유닛(530)으로 적용하게 되면 전원을 인가하는 방법만으로도 도 8a처럼 기판을 그립핑하거나 도 8b처럼 기판을 그립핑 해제할 수 있어 편리할 수 있다.
도 9a 및 도 9b는 각각 본 발명의 제6 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(630)은, 접착력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 접착 척(630, chuck)으로 마련된다. 본 실시예의 경우에도 접착 척(630)의 접착력에 의해 도 9a처럼 기판을 그립핑하거나 도 9b처럼 기판을 그립핑 해제할 수 있어 편리할 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 제7 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇의 그립핑 유닛에 의하여 수직형 기판 트레이 상에서 기판이 그립핑 또는 그립핑 해제된 상태의 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(730)은, 수직형 기판 트레이(720)에 이동 가능하게 마련되어 기판을 부분적으로 감싸는 형태로 그립핑하는 한글 'ㄷ'자 형태의 제5 그립퍼(731)와, 제5 그립퍼(731)와 연결되어 제5 그립퍼(731)를 원위치 복귀시키는 제3 스프링(732)을 구비한다. 본 실시예는 제5 그립퍼(731)의 형태가 전술한 실시예와는 상이하다.
이러한 구성이 적용되더라도 제3 스프링(732)의 탄성력에 기초하여 제5 그립퍼(731)가 도 10a 및 도 10b처럼 동작됨에 따라 기판은 수직형 기판 트레이(720)의 자리홈(721)에 그립핑 또는 그립핑 해제될 수 있게 된다.
도 11a는 본 발명의 제7 실시예에 따른 수직형 기판 이송 로봇에서 그립핑 유닛의 배치 상태 평면도이고, 도 11b는 도 11a의 Z-Z 선에 따른 개략적인 단면 구조도이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 그립핑 유닛(830)은, 수직형 기판 트레이(820)에 사각 구도로 배치되어 기판의 4군데 코너(corner) 영역을 그립핑하는 다수의 에지 그립퍼(830)로 마련된다. 이때의 에지 그립퍼(830)는 도 11a 및 도 11b처럼 평면 투영 시 한글 'ㄴ'자 형태를 가지고, 단면은 한글 'ㄷ'자 형태를 가질 수 있다. 물론, 본 실시예를 비롯하여 전술한 제7 실시예의 경우에도 제5 그립퍼(731) 혹은 에지 그립퍼(830)를 동작시키기 위한 구동수단은 필요한 것인데 이러한 구동수단은 전술한 실시예들을 감안하여 적절하게 설계될 수 있을 것이다.
이와 같은 다양한 실시예의 그립핑 유닛(230~830)이 적용되더라도 종래와 달리 기판을 세워서 이송시킬 수 있기 때문에 기판이 중력 방향으로 처지는 현상(face down)을 방지할 수 있어 해당 프로세스(P/C)에서의 정밀도 확보에 상대적으로 유리하며, 기판을 지지하는 트레이와의 마찰에 의해 파티클(particle)이 발생되는 것을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 장치에 대한 풋 프린트(foot print)를 감소시킬 수 있고, 무엇보다도 필요에 따라 두 장 이상의 기판을 동시에 이송시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110 : 로봇 본체 111 : 로봇 프레임
112 : 로봇 바디 113 : 로봇 아암
114 : 아암 가이드 120 : 수직형 기판 트레이
121 : 자리홈 130 : 그립핑 유닛
131 : 지지부재 131a : 축부
131b : 머리부 132 : 제1 가압부
133 : 제1 스프링 134 : 제1 그립퍼

Claims (14)

  1. 로봇 본체;
    상기 로봇 본체의 어느 일측에 결합되며, 기판을 지면에 대해 교차되는 방향으로 세워 지지하는 수직형 기판 트레이; 및
    상기 수직형 기판 트레이에 마련되어 상기 수직형 기판 트레이 상에서 상기 기판을 그립핑하는 그립핑 유닛(gripping unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로봇 본체는,
    로봇 프레임;
    상기 로봇 프레임에 대해 상대 회전 또는 상대 이동 가능하게 결합되는 로봇 바디; 및
    일단부는 상기 로봇 바디에 연결되고 타단부는 상기 수직형 기판 트레이에 연결되어 상기 로봇 바디에 대해 접철 또는 회전 가능한 적어도 하나의 로봇 아암을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 로봇 아암은 다수의 로봇 아암이며,
    상기 다수의 로봇 아암은 상기 로봇 바디를 기준으로 상호 대칭되게 한 쌍씩 마련되며,
    상기 수직형 기판 트레이는 상기 한 쌍씩의 로봇 아암에 결합되는 2개의 듀얼(dual) 수직형 기판 트레이인 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 로봇 본체는 상기 로봇 아암의 운동을 가이드하는 아암 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 수직형 기판 트레이의 표면에는 상기 기판이 안착되어 위치되는 자리홈이 함몰되게 더 형성되며,
    상기 그립핑 유닛은 상기 자리홈의 둘레 방향을 따라 상호 이격된 위치에 다수 개 마련되는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 기판이 세워지는 방향에 교차되는 방향을 따라 상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 축부와, 상기 축부의 단부에서 상기 축부의 지름보다 크게 형성되는 머리부를 구비하는 지지부재;
    상기 머리부가 상기 수직형 기판 트레이의 표면에서 멀어지는 방향으로 상기 지지부재를 가압하는 제1 가압부;
    상기 지지부재의 축부에 결합되며, 상기 머리부를 상기 수직형 기판 트레이의 표면 쪽으로 당기는 방향으로 탄성바이어스되는 제1 스프링; 및
    상기 축부와 상기 머리부 사이에 배치되어 상기 기판을 그립핑하는 제1 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 기판이 세워지는 방향을 따라 상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 랙기어;
    상기 랙기어를 구동시키는 기어구동부;
    상기 랙기어와 기어 맞물림되는 피니언기어; 및
    상기 피니언기어에 연결되며, 상기 피니언기어의 정역 방향 회전에 따른 동작에 기초하여 동작되면서 상기 기판을 그립핑하는 제2 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 수직형 기판 트레이에 이동 가능하게 마련되는 이동블록;
    상기 이동블록을 상기 기판이 세워지는 방향을 따라 가압하는 제2 가압부;
    상기 이동블록과 연결되는 플레이트에 일단부가 연결되어 상기 이동블록이 원위치로 복귀되도록 탄성바이어스되는 제2 스프링;
    상기 이동블록에 연결되어 상기 제2 가압부의 작용에 기초하여 상기 기판을 그립핑하는 제3 그립퍼; 및
    상기 이동블록과 상기 제3 그립퍼를 연결하는 제1 연결블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 수직형 기판 트레이에 마련되는 판스프링;
    상기 판스프링의 일단부에 연결되는 제2 연결블록;
    상기 제2 연결블록에 연결되어 상기 기판을 그립핑하는 제4 그립퍼; 및
    상기 판스프링의 타단부 영역에서 상기 판스프링의 타단부 영역을 선택적으로 가압하는 제3 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은, 정전기력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 정정 척(chuck)인 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은, 접착력에 의해 기판을 흡착 또는 흡착 해제하는 접착 척(chuck)인 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은,
    상기 수직형 기판 트레이에 이동 가능하게 마련되어 상기 기판을 부분적으로 감싸는 형태로 그립핑하는 한글 'ㄷ'자 형태의 제5 그립퍼; 및
    상기 제5 그립퍼와 연결되어 상기 제5 그립퍼를 원위치 복귀시키는 제3 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 그립핑 유닛은, 상기 수직형 기판 트레이에 사각 구도로 배치되어 상기 기판의 4군데 코너(corner) 영역을 그립핑하는 다수의 에지 그립퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 에지 그립퍼는 평면 투영 시 한글 'ㄴ'자 형태를 가지고, 단면은 한글 'ㄷ'자 형태를 가지며,
    상기 기판은 대면적 유기전계발광표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display)인 것을 특징으로 하는 수직형 기판 이송 로봇.
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KR101694198B1 (ko) * 2015-07-06 2017-01-09 주식회사 에스에프에이 평면디스플레이용 기판 핸들링 장치
CN117068765A (zh) * 2023-08-26 2023-11-17 凯盛晶华玻璃有限公司 一种超白浮法玻璃生产用翻边装置
WO2024163164A1 (en) * 2023-02-02 2024-08-08 Agilent Technologies, Inc. Substrate orientation device for liquid dispensing operations

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