KR20120088286A - 개별적으로 구동되는 핸드를 갖는 기판 이송 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

기판 이송 장치는 리니어 가이드 모듈에 의해 안내되는 상부 핸드와 하부 핸드를 갖는다. 상부 핸드는 리니어 가이드 모듈의 위쪽에 배치되고 2개의 기판 지지부를 구비한다. 하부 핸드는 리니어 가이드 모듈의 좌측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 좌측 부재와 상기 리니어 가이드 모듈의 우측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 우측 부재를 구비한다. 하부 핸드는 2개의 링크 부재를 구비하며 한쪽 단부가 하부 핸드와 회전 가능하게 연결되는 아암부에 의해 작동된다. 상부 핸드 구동모듈은 상부 핸드를 구동시키기 위한 회전 구동력을 전달하고, 하부 핸드 구동모듈은 하부 핸드의 좌측 부재와 우측 부재를 독립적으로 구동시킨다. 구동부는 복수개의 모터를 구비하고, 각 핸드 구동모듈에 회전 구동력을 제공한다. 또한, 각 핸드의 구조적 강성이 높아서 이송 작업의 정밀도를 높일 수 있으며 하부 핸드를 필요에 따라 개별적으로 구동시킴으로써 기판 처리 공정의 효율을 높일 수 있다.

Description

개별적으로 구동되는 핸드를 갖는 기판 이송 장치 및 그 제어 방법{SUBSTRATE TRANSPORT APPARUTUS HAVING RESPECTIVELY DRIVEN HANDS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은 개별적으로 구동되는 복수개의 핸드를 갖는 기판 이송 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는, 진공 챔버 내에 배치되고 공정 챔버와 웨이퍼 등의 기판을 저장하는 공간 사이에서 기판을 이송하는 장치로서, 적어도 일부는 개별적으로 구동되며 4개의 기판 지지부를 구비하고 동시에 이송 정밀도가 높고 회전 반경이 작아 장치가 차지하는 면적을 줄일 수 있는 기판 이송 장치에 관한 것이다.
종래의 다중 아암 기판 이송 장치에서는, 이송 장치의 아암들 또는 링크 부재들(linkages)은 다수의 모터를 이용하여 예를 들어 3자유도를 이상의 운동이 가능하도록 동축 방식으로 구성된다. 최외각 축은 예를 들어 회전 중심축 주위로 다중 아암들을 회전시키기 위한 허브(hub)에 결합되고, 2개의 내부축은 독립적인 벨트 및 풀리 구성을 통하여 다중 아암들 각각에 연결될 수 있다.
기존 사용되고 있는 이러한 기판 이송 장치의 아암(arm)에 2개의 핸드를 장착하기 위해서는 아암을 길게 하거나 상부(upper) 아암과 하부(lower) 아암을 상하로 배치하였다. 그러나 이와 같이 구성하였을 경우 아암의 길이가 길어짐에 따라 구조적 강성이 떨어져 이송 작업의 정밀도가 떨어지는 문제가 발생한다. 정밀도를 개선하기 위하여 아암의 강성을 높이는 경우 아암의 무게가 증가하거나 이송 장치의 크기가 커져 설치에 어려움이 따른다. 또한, 아암의 구조적 강성을 높이기 위하여 특수한 구조를 갖도록 하는 경우에는 이송 장치의 동작에 제한이 가해지기 때문에 공정 속도가 저하되는 문제가 발생한다.
예를 들어, 미국특허 제5,855,681호에는 웨이퍼 처리로봇이 사각형 단면을 갖는 진공의 공간 내에 배치되고 3면에 각각 2개씩의 공정챔버를 구비하는 웨이퍼 처리장치가 개시되어 있다. 작업 로봇은 2개의 아암을 구비하며 한번에 1면에 배치된 2개의 공정챔버에 동시에 웨이퍼를 제공할 수 있다. 로봇의 아암은 링크형 구조를 갖는다. 그러나, 이러한 웨이퍼 처리장치에서는 로봇의 아암이 2개뿐이기 때문에 1면에 배치된 2개의 공정챔버에서 처리될 웨이퍼만을 이송할 수 있다. 즉, 3면에 배치된 공정챔버에 모두 웨이퍼를 공급하기 위해서는 3번의 이송 작업을 수행해야 한다. 따라서, 전체 공정속도가 느려지게 된다. 또한, 로봇의 아암이 링크형 구조로 이루어져 있기 때문에 아암의 강성이 떨어지고 진동에 취약하여 이송 작업의 정밀도가 떨어지게 된다.
미국특허 제6,315,512호에는 각각 좌측 및 우측으로 연장되는 2개의 링크형 아암을 구비하며 각 아암은 2개의 핸드를 갖는 웨이퍼 처리로봇이 개시되어 있다. 이러한 처리로봇은 4개의 핸드를 갖기 때문에 동시에 처리할 수 있는 웨이퍼의 수가 전술한 미국특허의 장치에 비해 2개로 증가되고, 작업 속도가 향상될 수 있다. 그러나, 이러한 처리로봇의 경우도 역시 아암이 링크형 구조로 이루어져 있기 때문에 강성이 떨어지고 진동에 취약하여 웨이퍼 이송 작업의 정밀도가 떨어지게 된다.
미국특허 제6,158,941호에는 서로 반대되는 방향으로 연장되며 링크형 구조를 갖는 2개의 아암을 구비하는 웨이퍼 처리로봇이 개시되어 있다. 이 장치에서는 링크형 아암의 강성이 떨어지는 점을 보완하기 위하여 전술한 미국특허들에서와 다른 구조를 갖도록 형성하였다. 그러나 이러한 구조에서는 2개의 아암이 서로 반대 방향으로 연장되거나 후퇴하여야 하는 제한이 존재하기 때문에 작업 속도가 느려질 수 있다. 또한, 아암이 로봇의 본체 외부로 길게 돌출되기 때문에 큰 회전 반경이 요구되는 문제가 있다.
한편, 전술한 장치들에서는 한 아암에 배치된 2개의 핸드가 동시에 이송작업을 수행하기 때문에, 나란히 배열된 2개의 공정챔버 중에서 어느 하나가 고장 또는 보수 등을 위하여 작동이 정지된 경우에도 여전히 2개의 핸드가 동시에 작동하게 되어 효율이 떨어지게 된다.
본 발명은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 각각 2개의 기판 지지부를 갖는 2개의 핸드를 구비하되, 각 핸드의 구조적 강성이 높아서 이송 작업의 정밀도를 높일 수 있으며 2개의 핸드가 같은 방향으로 연장될 수 있어서 공정 속도를 높일 수 있는 기판 이송 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 로봇의 회전 반경을 최소화할 수 있도록 함으로써 장비가 차지하는 면적이 작은 기판 이송 장치를 제공함을 목적으로 한다.
또한, 각 핸드에 구비된 2개의 기판 지지부 중 적어도 일부를 개별적으로 구동시킴으로써 나란히 배열된 2개의 공정 챔버 중에서 어느 하나의 챔버가 고장 등에 의해 작동하지 않는 경우 해당하는 챔버에 대응되는 기판 지지부는 작동시키지 않고 정상적으로 작동 중인 챔버에 대응하는 기판 지지부만 이용하여 기판을 처리할 수 있는 기판 이송 장치를 제공함을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 이송 장치는, 길이가 긴 직사각 형상을 갖는 리니어 가이드 모듈; 상기 리니어 가이드 모듈의 위쪽에 배치되고 2개의 기판 지지부를 구비하는 상부 핸드; 상기 리니어 가이드 모듈의 좌측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 좌측 부재와 상기 리니어 가이드 모듈의 우측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 우측 부재를 갖는 하부 핸드; 2개의 링크 부재를 구비하며 한쪽 단부가 상기 하부 핸드의 좌측 부재와 회전 가능하게 연결되는 좌측 아암과 2개의 링크 부재를 구비하며 한쪽 단부가 상기 하부 핸드의 우측 부재와 회전 가능하게 연결되는 우측 아암을 갖는 아암부; 상기 상부 핸드를 구동시키기 위한 회전 구동력을 전달하는 상부 핸드 구동모듈 및 상기 하부 핸드를 구동시키기 위한 회전 구동력을 상기 아암부로 전달하며 상기 하부 핸드의 좌측 부재와 우측 부재를 독립적으로 구동시키는 하부 핸드 구동모듈을 갖는 핸드 구동모듈; 및 복수개의 모터를 구비하고, 상기 핸드 구동모듈에 회전 구동력을 제공하는 구동부를 포함한다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 전술한 기판 이송 장치의 작동을 제어하는 방법으로서, (a) 기판이 처리된 공정 챔버의 정상 작동 여부를 판단하는 단계; (b) 공정 챔버가 정상 작동 중이 아닌 것으로 판단되는 경우, 대응되는 하부 핸드의 부재가 이송되지 않도록 제어하는 단계; 및 (c) 공정 챔버가 정상 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 대응되는 하부 핸드의 부재가 이송되도록 제어하는 단계를 포함하는 기판 이송 장치의 제어 방법이 제공된다.
본 발명에 따라, 각 핸드의 구조적 강성이 높아서 이송 작업의 정밀도를 높일 수 있으며 2개의 핸드가 같은 방향으로 연장될 수 있어서 공정 속도를 높일 수 있는 기판 이송 장치가 제공된다.
또한, 로봇의 회전 반경을 최소화할 수 있도록 함으로써 장비가 차지하는 면적이 작은 기판 이송 장치를 제공된다.
나아가, 각 핸드에 구비된 2개의 기판 지지부 중 적어도 일부를 개별적으로 구동시킴으로써 나란히 배열된 2개의 공정 챔버 중에서 어느 하나의 챔버가 고장 등에 의해 작동하지 않는 경우 해당하는 챔버에 대응되는 기판 지지부는 작동시키지 않고 정상적으로 작동 중인 챔버에 대응하는 기판 지지부만 이용하여 기판을 처리할 수 있는 기판 이송 장치가 제공된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 5축 진공로봇의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 평면도.
도 3은 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 저면도.
도 5는 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 리니어 가이드 모듈의 평면도.
도 6은 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 하부 핸드 구동모듈을 나타내는 도면.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 4축 진공로봇의 사시도.
도 8은 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 평면도.
도 9는 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 단면도.
도 10은 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 저면도.
도 11은 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 하부 핸드 구동모듈을 나타내는 도면.
도 12 및 13은 도 11에 도시된 하부 핸드 구동모듈의 변형예를 나타내는 도면.
도 14은 진공로봇의 준비자세를 나타내는 도면.
도 15는 진공로봇의 상부 핸드가 전진되는 경우를 나타내는 도면.
도 16은 5축 진공로봇의 좌측 하부 핸드만 전진되는 경우를 나타내는 도면.
도 17은 5축 진공로봇의 우측 하부 핸드만 전진되는 경우를 나타내는 도면.
도 18는 동기 구동되는 4축 진공로봇의 경우 하부 핸드가 전진되는 경우 또는 개별적으로 구동되는 5축 진공로봇의 경우 좌측 및 우측 하부 핸드가 모두 전진되는 경우를 나타내는 도면.
도 19는 진공로봇의 모든 핸드가 전진되는 경우를 나타내는 도면.
도 20은 진공로봇이 상승한 상태를 도시하는 도면.
도 21은 진공로봇이 적용된 웨이퍼 처리장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 22 및 23은 각각 본 발명의 변형예에 따른 아암의 구조를 도시한 도면.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 5축 진공로봇의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 평면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 단면도이고, 도 4는 도 1에 도시된 5축 진공로봇의 저면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 5축 진공로봇은 핸드 구동모듈, 핸드 구동모듈을 구성하는 부재들을 감싸는 몸체부(20), 핸드 구동모듈의 상부에 설치되고 몸체부(20)와 일체로 형성되는 리니어 가이드 모듈(linear guide module, 30), 리니어 가이드 모듈(30)의 위쪽에서 리니어 가이드 모듈의 안내에 따라 직선운동하는 상부 핸드(upper hand, 50), 리니어 가이드 모듈(30)의 양측에서 리니어 가이드 모듈의 안내를 따라 직선운동하는 하부 핸드(lower hand, 70) 및 다수의 모터를 구비하는 구동부(90)를 포함한다.
핸드 구동모듈은 상부 핸드를 구동시키기 위한 상부 핸드 구동모듈(12)(도 5 참조)과 하부 핸드를 구동시키기 위한 하부 핸드 구동모듈(14)을 구비한다. 상부 핸드 구동모듈(12)은 후술하는 바와 같이 리니어 가이드 모듈(30)의 서로 마주보는 측벽 부재(32a, 32b)의 사이에 마련된 공간에 배치된다. 하부 핸드 구동모듈(14)은 동일한 중심축에 대해 회전하는 다수의 중공축 및 중공축의 단부 등에 마련된 다수의 풀리를 포함하며, 하부 핸드가 동작하도록 하거나 핸드들(50, 70) 및 리니어 가이드 모듈(30)이 전술한 중심축에 대하여 함께 회전하도록 한다. 각 핸드 구동모듈에 대해서는 뒤에서 더 상세히 설명한다.
몸체부(20)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 핸드 구동모듈(14)을 구성하는 부재들을 감싸도록 형성된다. 하부 핸드 구동모듈(14)은 다수의 풀리 및 벨트를 포함하며 진공챔버 내부에 배치된다. 따라서, 몸체부(20)는 하부 핸드 구동모듈(14)을 구성하는 부재들의 작동에 의하여 발생하는 먼지 등이 진공챔버 내부로 확산되지 않도록 한다. 몸체부(20)는 후술하는 리니어 가이드 모듈(30)과 일체로 형성된다. 몸체부(20)는 알루미늄과 같은 경량 금속으로 이루어지는 것이 좋다. 이하에서 설명하는 모든 부재는 벨트를 제외하고 마찬가지로 알루미늄과 같은 경량 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
도 5에는 리니어 가이드 모듈(30)이 도시되어 있다. 리니어 가이드 모듈(30)은 상부 핸드(50)과 하부 핸드(70)의 구조적 강성을 증가시키고 각 핸드가 직선으로 이송 작업을 수행하도록 안내한다. 리니어 가이드 모듈(30)은 서로 마주보고 직선 방향으로 연장되는 2개의 측벽 부재(32a, 32b)를 구비한다. 각 측벽 부재의 내면에는 측벽 부재를 따라 연장되며 상부 핸드(50)를 안내하기 위한 상부 핸드 안내 레일(34)이 제공된다. 도시된 실시예에서는 양측의 측벽 부재의 내면에 상부 핸드 안내 레일(34)이 형성되어 있으나 어느 한 측벽 부재의 내면에만 형성되어도 좋다. 각 측벽 부재의 외면에는 측벽 부재를 따라 연장되며 하부 핸드를 안내하기 위한 하부 핸드 안내 레일(36)이 제공된다. 측벽 부재의 사이에 형성된 공간에는 핸드 구동모듈의 일부로서 상부 핸드를 구동시키기 위한 상부 핸드 구동모듈(12)이 배치된다. 측벽 부재는 무게가 가벼우면서도 구조적 강성이 큰 경량 금속, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어질 수 있다.
상부 핸드(50)는 리니어 가이드 모듈(30)의 위쪽에 배치되며 리니어 가이드 모듈(30)이 연장된 방향을 따라 직선 왕복운동을 한다. 상부 핸드(50)는 대체로 U자 형상을 갖는 베이스부(52)와, 베이스부(52)의 각 단부로부터 연장되고 웨이퍼와 같은 기판을 지지하는 제1 상부 기판 지지부(54a) 및 제2 상부 기판 지지부(54b)를 구비한다. 베이스부(52)는 구조적 강성을 높이면서 동시에 전체 장치의 무게를 줄이기 위하여 알루미늄과 같은 경량 금속 재료로 이루어지는 것이 좋다. 기판 지지부(54a, 54b)는 웨이퍼에 정전기 등에 의한 손상을 입히지 않으면서 진동의 발생이 작은 재료로서 세라믹 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 베이스부(52)의 하면에는 리니어 가이드 모듈(30)과 연결되는 상부 핸드 안내 블록(58)이 제공된다. 상부 핸드 안내 블록(58)은 리니어 가이드 모듈(30)의 측벽 부재의 내면에 마련된 상부 핸드 안내 레일(34)을 따라 이동한다. 도시된 실시예에서는 리니어 가이드 모듈(30)의 양측 측벽 부재의 내면에 각각 안내 레일이 마련되어 있으므로 상부 핸드 안내 블록(58)은 각 레일과 연결되는 2개의 블록으로 이루어진다. 그러나, 상부 핸드 안내 블록(58)은 양측이 각 측벽 부재의 레일과 연결되도록 형성된 1개의 블록으로 이루어질 수도 있다. 또한, 상부 핸드 안내 레일(34)이 어느 한 측벽 부재에만 마련되는 경우 안내 블록은 해당 측벽 부재 측에만 마련될 수도 있다. 상부 핸드(50)는 상부 핸드 안내 블록(58)을 통하여 리니어 가이드 모듈(30)의 양 측벽 부재 사이의 공간에 배치된 상부 핸드 구동모듈(12)과 연결된다.
상부 핸드 구동모듈(12)은 리니어 가이드 모듈(30)의 길이 방향에 대해 대체로 중앙 부근에 배치되는 구동 풀리(121) 및 리니어 가이드 모듈(30)의 길이 방향에 대해 양 단부 부근에 배치되는 2개의 아이들 풀리(122)를 구비한다. 2개의 아이들 풀리 사이에는 벨트(123)가 무한 궤도 방식으로 연결된다. 벨트(123)는 구동 풀리(121)에 의하여 구동된다. 벨트의 장력을 조절하기 위하여 추가로 1개 이상의 아이들 풀리(124)가 제공될 수 있다. 도시된 실시예에서는 구동 풀리(121) 근처에 2개의 아이들 풀리(124)가 마련된다. 벨트(123)의 재질로서는 먼지의 발생이 작은 재료를 사용하는 것이 좋다. 벨트(123)는 2개의 부재로 이루어진 상부 핸드 안내 블록(58) 중에서 어느 한 부재와 연결된다. 이러한 기술적 구성에 따라, 구동 풀리(121)가 회전하면 벨트(123)가 무한 궤도 운동을 하게 되고, 벨트(123)와 연결된 상부 핸드 안내 블록(58)은 상부 핸드 안내 레일(34)을 따라 이동하게 된다. 구동 풀리(121)의 회전 방향에 따라 안내 블록의 이동 방향은 전환될 수 있다. 상부 핸드 안내 블록(58)은 상부 핸드(50)와 연결되어 있으므로, 구동 풀리(121)의 회전에 따라 상부 핸드(50)는 안내 레일이 연장되는 방향, 즉, 리니어 가이드 모듈(30)의 길이 방향을 따라 이동한다.
구동 풀리(121)는 리니어 가이드 모듈(30)의 길이 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 상부 핸드 구동축(125)과 연결되며, 상부 핸드 구동축(125)은 구동부(90)의 모터(95)에 의하여 구동된다. 즉, 상부 핸드 구동축(125)은 구동 풀리(121)가 연결된 단부가 아닌 다른쪽 단부에 풀리가 마련되며, 이 풀리는 구동부(90)의 다수의 모터 중에서 하나의 모터(95)와 벨트를 통하여 연결된다. 이에 따라, 해당 모터가 작동하는 경우 회전 구동력이 벨트를 통하여 상부 핸드 구동축(125)과 연결된 구동 풀리(121)로 전달되고 상부 핸드(50)가 리니어 가이드 모듈(30)을 따라 직선 왕복운동을 하도록 한다.
하부 핸드(70)는 상부 핸드(50)와 대비하여 중앙부가 개방된 구조로서, 리니어 가이드 모듈(30)의 양측에 각각 배치된다. 하부 핸드는 상부 핸드와 같은 방향으로 연장되는 기판 지지부들을 구비한다. 이하의 설명에서는 리니어 가이드 모듈의 좌측에 배치된 하부 핸드를 좌측 하부 핸드(70a), 우측에 배치된 하부 핸드를 우측 하부 핸드(70b)라고 기재한다. 각 하부 핸드(70a, 70b)는 베이스부(72a, 72b) 및 기판 지지부(74a, 74b)를 구비한다. 하부 핸드의 베이스부와 기판 지지부는 상부 핸드의 경우와 마찬가지로 각각 경량 금속과 세라믹 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 각 하부 핸드(70a, 70b)의 베이스부(72a, 72b)에서 기판 지지부(74a, 74b)와 연결되지 않은 다른쪽 단부 근처에는 하부 핸드 안내 블록(78)이 마련된다. 각 하부 핸드 안내 블록(78)은 리니어 가이드 모듈(34)의 측벽 부재의 외면에 마련된 하부 핸드 안내 레일(36)을 따라 이동할 수 있다. 한편, 상부 핸드(50)는 상부 핸드 안내 블록(58)을 통하여 상부 핸드 구동모듈(12)과 연결되었지만, 각 하부 핸드(70a, 70b)는 링크 구조의 아암(80a, 80b)을 통하여 하부 핸드 구동모듈(14)과 연결된다. 아암(80a, 80b)과 하부 핸드 구동모듈(14)의 연결 구조는 이하에서 자세히 설명한다.
각 하부 핸드(70a, 70b)를 하부 핸드 구동모듈(14)과 연결하기 위한 아암(80a, 80b)은 2개의 링크 부재로 이루어진다. 제1 링크 부재(82a, 82b)는 제1 단부가 하부 핸드 구동모듈(14)과 연결되고 제2 단부는 제2 링크 부재(84a, 84b)와 연결된다. 제2 링크 부재(84a, 84b)는 제1 단부가 제1 링크 부재(82a, 82b)의 제2 단부와 회전가능하게 연결되고 제2 단부는 하부 핸드의 베이스부(72a, 72b)와 회전가능하게 연결된다.
하부 핸드 구동모듈(14)은 상부 핸드 구동축(125)과 중심축이 일치하는 3개의 중공축(141, 143, 145)을 구비한다. 이하에서는, 가장 외측에 배치되는 중공축을 제2 중공축(143), 제2 중공축 내부에 배치되는 중공축을 제1 중공축(141), 제1 중공축의 내부에 배치되고 상부 핸드 구동축이 그 내부에 배치되는 중공축을 제3 중공축(145)이라 한다. 상부 핸드 구동축(125), 제1 중공축(141), 제2 중공축(143) 및 제3 중공축(145)은 서로 독립적으로 회전할 수 있도록 베어링을 매개로 연결된다.
제1 중공축(141)의 챔버측 단부에는 구동 풀리(142)가 마련되며, 구동부측 단부에는 모터(93)와 벨트를 통해 연결되기 위한 풀리가 마련된다. 챔버측 단부에 마련된 구동 풀리(142)는 벨트(147a)를 통하여 좌측 아암(80a)의 제1 링크 부재(82a)와 연결된다. 이를 위해 좌측 아암(80a)의 제1 링크 부재(82a)는 제1 단부로부터 몸체부의 내부로 연장되는 피동축을 구비하며, 피동축의 단부에 피동 풀리(83a)가 배치된다. 제1 중공축(141)의 구동 풀리(142)와 좌측 아암(80a)의 피동 풀리(83a)는 벨트(147a)를 통하여 연결된다.
마찬가지로, 제3 중공축(145)의 챔버측 단부에는 구동 풀리(146)가 마련된다. 또한, 우측 아암(80b)의 제1 링크 부재(82b)는 마찬가지로 몸체부(20)의 내부로 연장되는 피동축을 구비하며, 이 피동축의 단부에 피동 풀리(83b)가 마련된다. 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)는 제3 중공축(145)의 구동 풀리(146)와 벨트(147b)를 매개로 하여 연결된다. 제1 중공축(141)과 제3 중공축(145)은 서로 독립적으로 회전가능하므로, 이에 의하여 구동되는 좌측 하부 핸드(70a) 및 우측 하부 핸드(70b)는 서로 독립적으로 이동할 수 있게 된다.
제2 중공축(143)은 몸체부(20)와 일체로 연결되며, 이에 따라 몸체부와 일체로 형성된 리니어 가이드 모듈(30)과도 일체로 연결된다. 몸체부(20)에는 각 아암의 피동축의 중심축과 동일한 중심축을 갖고 피동축을 관통하여 연장되는 지지축(22a, 22b)이 마련된다. 이에 따라, 각 아암의 피동축은 지지축(22a, 22b)을 중심으로 회전한다. 각 지지축(22a, 22b)의 챔버측 단부에는 풀리(24a, 24b)가 마련된다. 이 풀리(24a, 24b)는 제2 링크 부재(84a, 84b)의 제1 단부로부터 연장되는 축에 설치된 풀리(85a, 85b)와 벨트로 연결된다. 지지축(22a, 22b)을 중심으로 제1 링크 부재(82a, 82b)가 회전하는 경우 지지축(22a, 22b)의 풀리(24a, 24b)와 벨트(86a, 86b)로 연결된 제2 링크 부재(84a, 84b)의 제1 단부도 함께 회전하게 된다. 이에 따라, 제1 링크 부재(82a, 82b)와 제2 링크 부재(84a, 84b)가 특이점을 통과하도록 작동되는 경우에도 각 아암(80a, 80b)이 원활하게 작동될 수 있다. 지지축(22a, 22b)의 단부에 마련된 풀리(24a, 24b)와 제2 링크 부재(84a, 84b)의 풀리(85a, 85b)가 벨트(86a, 86b)로 연결되어 작동되므로 이에 의해 발생하는 먼지가 진공챔버 내부로 확산되는 경우 공정의 불량률을 증가시킬 수 있다. 따라서, 각 아암의 제1 링크 부재(82a, 82b)는 내부가 빈 형태로 형성되고, 지지축(22a, 22b)의 풀리(24a, 24b), 제2 링크 부재(84a, 84b)의 풀리(85a, 85b) 및 이들을 연결하는 벨트(86a, 86b)는 제1 링크 부재(82a, 82b)의 내부에 배치되는 것이 바람직하다. 또는, 연결하는 벨트들로서 금속 재질의 벨트, 예를 들어 스틸 벨트(steel belt)를 적용하는 경우에는 먼지의 발생이 적기 때문에 외부로 노출되도록 구성하여도 좋다.
한편, 제2 중공축(143)은 진공로봇 전체를 챔버 내에서 회전시키는 경우 이용된다. 즉, 제2 중공축(143)이 회전하는 경우, 이와 일체로 연결된 몸체부(20) 및 리니어 가이드 모듈(30)도 함께 회전하게 된다. 또한, 리니어 가이드 모듈(30)과 안내 블록를 매개로 하여 연결된 상부 핸드(50)와 하부 핸드(70)도 함께 회전하게 된다. 다만, 제1 중공축(141), 제3 중공축(145) 및 상부 핸드 구동축(125)은 각각 제2 중공축(143)과 독립적으로 회전가능하도록 설치되어 있기 때문에 이들 축은 제2 중공축(143)이 회전하더라도 함께 회전하지 않는다. 이에 따라, 좌측 아암(80a) 및 우측 아암(80b)의 몸체부(20)에 대한 상대 위치와 상부 핸드(50)의 리니어 가이드 모듈(30)에 대한 상대 위치는 제2 중공축(143)이 회전하기 전후로 달라지게 된다. 따라서, 진공로봇 전체가 챔버 내에서 회전하도록 하기 위해서는 제2 중공축(143)만을 회전시키는 것으로 부족하고 제1 중공축(141), 제3 중공축(145) 및 상부 핸드 구동축(125)을 동시에 회전시켜야 한다. 각 축의 회전 속도는 풀리들의 직경에 따른 회전 비율 등의 기구학적 관계에 따라 달라질 수 있다. 이러한 기술적 구성에 따라, 상부 핸드(50)와 하부 핸드(70)는 360도 회전이 가능하다. 또한, 상부 핸드 구동축(125), 제1 중공축(141), 제2 중공축(143) 및 제3 중공축(145)이 모두 동일한 회전축을 중심으로 회전하기 때문에 진공로봇은 같은 방향으로 무한히 회전할 수 있다.
구동부(90)는 상부 핸드 구동축(125), 제1 중공축(141), 제2 중공축(143) 및 제3 중공축(145)을 회전시키기 위한 모터(91, 93a, 93b, 95)들을 구비한다. 이들 모터는 각 축의 구동부측 단부에 마련된 풀리와 벨트를 통하여 연결된다. 또한 구동부(90)는 진공로봇 전체를 상하 방향으로 이동시키기 위한 모터(97)를 추가로 구비한다. 이 모터는 볼스크류축(150)의 구동부측 단부에 마련된 풀리와 연결되며, 볼스쿠류축(150)은 진공로봇의 상하 방향 운동을 안내하기 위한 안내 블록(152)에 연결된다. 제1 중공축(141)은 안내 블록(152)에 대해 회전가능하게 연결된다. 안내 블록(152)은 진공챔버의 외벽측으로부터 구동부측으로 연장되는 안내 레일(154)을 따라 이동한다. 진공챔버의 외벽과 안내 블록 사이에는 벨로우즈(156)가 마련되어 진공챔버로 외부의 공기가 유입되지 않도록 한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 4축 진공로봇의 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 평면도이며, 도 9는 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 단면도이고, 도 10는 도 7에 도시된 4축 진공로봇의 저면도이다.
4축 진공로봇은 전술한 5축 진공로봇과 대비하여 좌측 하부 핸드 및 우측 하부 핸드가 동기 구동되는 점에 차이가 있다. 각 하부 핸드가 동기 구동되기 위하여 하부 아암 및 하부 핸드 구동모듈의 구조가 부분적으로 다른 점을 제외하고는 5축 진공로봇과 동일한 기술적 구성을 갖는다. 따라서, 이하에서는 5축 진공로봇과 상이한 구성을 갖는 부분에 대해서만 설명한다. 이하의 설명에서 5축 진공로봇과 동일한 구성을 갖는 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 적용한다.
도 9 및 11에 도시된 바와 같이, 4축 진공로봇의 하부 핸드 구동모듈(14)은 5축 진공로봇에서와 달리 제3 중공축을 구비하지 않는다. 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)는 제3 중공축의 구동 풀리 대신 좌측 아암(80a)의 연동 풀리(87)에 의해 구동된다. 연동 풀리(87)는 좌측 아암(80a)의 피동 풀리(83a)의 위쪽에 마련되어 피동축의 회전에 의해 피동 풀리(83a)와 함께 회전한다. 연동 풀리(87)는 벨트(88)를 통해 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)와 연결된다. 따라서, 제1 중공축(141)의 회전에 의하여 구동 풀리(142)가 회전하면 이와 벨트(147a)로 연결된 좌측 아암(80a)의 피동 풀리(83a)가 회전하고 이어서 연동 풀리(87)가 회전하게 된다. 연동 풀리(87)와 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)는 벨트(88)를 통하여 연결되어 있기 때문에 연동 풀리(87)가 회전하는 경우 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)가 회전하게 된다.
한편, 좌측 하부 핸드(70a) 및 우측 하부 핸드(70b)가 같은 방향으로 이동하도록 하기 위해서는 좌측 아암(80a)의 피동 풀리(83a)의 회전 방향과 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)의 회전 방향이 서로 반대가 되어야 한다. 이를 위해, 좌측 아암(80a)의 연동 풀리(87)와 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)를 연결하는 벨트(88)는 도시된 바와 같이 엇걸이 방식으로 설치된다. 본 실시예에서는 연동 풀리(87)와 우측 아암(80b)의 피동 풀리(83b)가 엇걸이 방식으로 설치된 벨트(88)에 의하여 연결되는 것으로 설명되었으나, 다른 방식의 연결도 가능하다. 예를 들어, 도 12에 도시된 바와 같이 2개의 아이들 풀리를 마련하는 경우 벨트를 엇걸이 방식으로 설치하지 않아도 연동 풀리와 우측 아암의 피동 풀리의 회전 방향을 반대로 만들 수 있다. 또한, 도 13에 도시된 바와 같이 연동 풀리와 우측 아암의 피동 풀리를 기어로 대체하고 이들 기어를 2개의 연속하는 기어로 연결하는 경우에도 동일한 작용을 얻을 수 있다. 하부 핸드 구동모듈은 동일한 방식으로 작동하는 구조라면 어떤 것을 채택하여도 무방하다.
이하에서는 전술한 바와 같은 기술적 구성을 갖는 진공로봇의 동작에 대해 첨부된 도 14 내지 20을 참조하여 설명하기로 한다.
도 14는 진공로봇의 준비 자세인 경우를 나타내는 도면이다. 준비 자세에서 각 핸드는 리니어 가이드 모듈의 한쪽 단부측에 정렬된다. 도시된 바와 같이, 준비 자세에서 상부 핸드와 하부 핸드는 상하로 일정한 간격을 두고 중첩된 상태로 배치된다. 한편, 진공로봇은 준비 자세를 유지한 상태로 구동축들의 회전축을 중심으로 회전할 수 있다. 회전축은 대체로 리니어 가이드 모듈의 중앙부를 통과하므로, 진공로봇은 리니어 가이드 모듈의 길이의 절반 정도되는 회전 반경만으로 회전이 가능하다.
도 15는 상부 핸드가 전진되는 경우를 나타내는 도면이다. 상부 핸드의 이송은 리니어 가이드 모듈에 의해 안내되므로 높은 정밀도로써 기판을 이송할 수 있다.
도 16은 5축 진공로봇에서 좌측 하부 핸드만 전진되는 경우를 나타내는 도면이고, 도 17은 5축 진공로봇에서 우측 하부 핸드만 전진되는 경우를 나타내는 도면이다. 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 5축 진공로봇의 경우, 하부 핸드는 개별적으로 작동이 가능하므로, 도시된 바와 같이 좌측 또는 우측 하부 핸드가 독립적으로 이송 작업을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명의 두번째 실시예에 따른 4축 진공로봇의 경우 좌측 하부 핸드와 우측 하부 핸드가 동기 구동되므로, 도 16 또는 17에 도시된 것과 같은 이송 작업은 수행할 수 없다.
도 18는 진공로봇의 모든 하부 핸드가 전진되는 경우를 나타내는 도면이다. 도 19은 진공로봇의 모든 핸드가 전진되는 경우를 나타내는 도면이다.
도 20는 진공로봇이 도 14에 도시된 준비 자세에서 위쪽으로 상승한 상태를 도시하는 도면이다.
도 21에는 본 발명에 따른 기판 이송 장치가 적용된 기판 처리 장치가 도시되어 있다. 처리할 웨이퍼 또는 처리된 웨이퍼는 챔버 외부의 저장 공간(LPM)에 적재된다. 이송 로봇(ATM Robot)은 처리할 웨이퍼 또는 처리된 웨이퍼를 저장 공간(LPM)과 진공챔버 내의 진공로봇 사이에서 이송한다. 진공챔버 내의 진공로봇은 모두 4개의 기판 지지부를 구비하므로, 한번에 4개의 웨이퍼를 이송할 수 있다. 도 21에 도시된 바와 같이, 4축 진공로봇의 경우에는 하부 핸드가 동기 구동되므로, 또한 5축 진공로봇의 경우 나란히 배열된 공정 챔버가 모두 정상적으로 작동할 때에는, 좌측 및 우측 하부 핸드가 모두 웨이퍼를 이송한다. 그러나, 5축 진공로봇의 경우 어느 한쪽의 공정 챔버가 작동을 멈춘 경우 해당하는 챔버에 대응하는 하부 핸드는 작동을 중지할 수 있다. 도 21로부터 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 진공로봇은 회전 반경이 작기 때문에, 기판 처리 장치가 차지하는 면적이 작아진다.
도 22 및 23에는 전술한 실시예들에서 하부 핸드의 아암의 구조가 변경된 변형예가 도시되어 있다. 도 22에 도시된 변형예는 전술한 4축 진공로봇에 대응되고 도 23에 도시된 변형예는 전술한 5축 진공로봇에 대응된다.
각 아암(80a`, 80b`)은 피동 풀리를 구비하는 제1 링크 부재 및 제1 링크 부재와 연결되고 2개의 바로 이루어진 제2 링크 부재를 구비한다. 기판 지지부는 도 22에 도시된 바와 같이 연결 부재(75)에 의해서 연결되거나 도 23에 도시된 바와 같이 연결되지 않을 수 있다. 연결 부재(75)에 의하여 연결되는 경우에는 좌측 아암(80a`)만을 구동함으로써 좌측 및 우측 아암이 동기 구동되게 되며, 연결되지 않은 경우에는 좌측 및 우측 아암이 서로에 대해 독립적으로 구동될 수 있다. 따라서, 연결 부재에 의해 연결된 경우에는 좌측 아암(80a`)에만 피동 풀리가 마련되면 되는 반면, 각 아암이 개별적으로 구동되는 경우에는 좌측 아암(80a`)의 제1 링크 부재와 우측 아암(80b`)의 제1 링크 부재에 각각 피동 풀리가 마련된다.
한편, 제2 링크 부재는 2개의 부재로 이루어져 있으며, 각각 기어(77)를 통하여 제1 링크 부재와 연결되고 이들 기어는 서로 맞물린다. 이러한 기술적 구성의 경우, 전술한 실시예들과는 달리 아암이 특이점을 통과하는 운동을 할 때 별도의 벨트가 없이도 원활한 운동이 가능하다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
12 : 상부 핸드 구동모듈 14 : 하부 핸드 구동모듈
20 : 몸체부 30 : 리니어 가이드 모듈
50 : 하부 핸드 70: 상부 핸드
90 : 구동부

Claims (8)

  1. 길이가 긴 직사각 형상을 갖는 리니어 가이드 모듈;
    상기 리니어 가이드 모듈의 위쪽에 배치되고 2개의 기판 지지부를 구비하는 상부 핸드;
    상기 리니어 가이드 모듈의 좌측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 좌측 부재와 상기 리니어 가이드 모듈의 우측에 배치되고 기판 지지부를 구비하는 우측 부재를 갖는 하부 핸드;
    2개의 링크 부재를 구비하며 한쪽 단부가 상기 하부 핸드의 좌측 부재와 회전 가능하게 연결되는 좌측 아암과 2개의 링크 부재를 구비하며 한쪽 단부가 상기 하부 핸드의 우측 부재와 회전 가능하게 연결되는 우측 아암을 갖는 아암부;
    상기 상부 핸드를 구동시키기 위한 회전 구동력을 전달하는 상부 핸드 구동모듈 및 상기 하부 핸드를 구동시키기 위한 회전 구동력을 상기 아암부로 전달하며 상기 하부 핸드의 좌측 부재와 우측 부재를 독립적으로 구동시키는 하부 핸드 구동모듈을 갖는 핸드 구동모듈; 및
    복수개의 모터를 구비하고, 상기 핸드 구동모듈에 회전 구동력을 제공하는 구동부
    를 포함하는 기판 이송 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 가이드 모듈은 2개의 대향하는 측벽 부재를 구비하며, 적어도 어느 한 측벽 부재의 내면에는 상기 상부 핸드를 안내하기 위한 상부 핸드 안내 레일이 마련되고, 측벽 부재의 외면에는 상기 하부 핸드를 안내하기 위한 하부 핸드 안내 레일이 마련되는
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 상부 핸드는 상기 리니어 가이드 모듈의 상부 핸드 안내 레일에 의해 안내되는 안내 블록을 구비하며, 상기 하부 핸드의 좌측 부재 및 우측 부재는 각각 상기 리니어 가이드 모듈의 하부 핸드 안내 레일에 의해 안내되는 안내 블록을 구비하는
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 가이드 모듈은 중앙부를 기준으로 회전할 수 있는
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 구동부를 제외한 나머지 구성요소들을 리니어 가이드 모듈이 연장되는 방향과 직교하는 방향으로 이송시키기 위한 수직 구동부를 더 포함하는
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 가이드 모듈, 상기 상부 핸드, 상기 하부 핸드의 각 부재 및 상기 아암부의 상대 위치를 유지한 상태로 360도 회전이 가능한
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 리니어 가이드 모듈, 상기 상부 핸드, 상기 하부 핸드의 각 부재 및 상기 아암부의 상대 위치를 유지한 상태로 무한 회전이 가능한
    것을 특징으로 하는 기판 이송 장치.
  8. 청구항 1에 기재된 기판 이송 장치의 작동을 제어하는 방법으로서,
    (a) 기판이 처리된 공정 챔버의 정상 작동 여부를 판단하는 단계;
    (b) 공정 챔버가 정상 작동 중이 아닌 것으로 판단되는 경우, 대응되는 하부 핸드의 부재가 이송되지 않도록 제어하는 단계; 및
    (c) 공정 챔버가 정상 작동 중인 것으로 판단되는 경우, 대응되는 하부 핸드의 부재가 이송되도록 제어하는 단계
    를 포함하는 기판 이송 장치의 제어 방법.
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