KR20130100153A - 낮은 프로파일의 듀얼 아암 진공 로봇 - Google Patents

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이지야 크레메르맨
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어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
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Abstract

듀얼 아암 기판 이송 로봇들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 듀얼 아암 기판 이송 로봇은 중앙 축을 중심으로 이송 로봇을 회전시키기 위한 중앙 액츄에이터; 제 1 단부 및 일반적으로 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지는 결합 아암으로서, 상기 결합 아암이 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 상기 결합 아암의 중심 근처에서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링되는, 결합 아암; 상기 결합 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 전방 아암; 상기 결합 아암의 제 2 단부에 회전식으로 커플링된 제 2 전방 아암; 상기 결합 아암에 대한 상기 제 1 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 1 전방 아암 액츄에이터; 및 상기 결합 아암에 대한 상기 제 2 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 2 전방 아암 액츄에이터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전방 아암 액츄에이터들이 상기 중앙 액츄에이터로부터 측방향으로 오프셋된다.

Description

낮은 프로파일의 듀얼 아암 진공 로봇{LOW PROFILE DUAL ARM VACUUM ROBOT}
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 기판을 핸들링하기 위한 장치에 관한 것이다.
전형적으로, 현재의 기판 제조에서는, 에칭 또는 증착(deposit; 이하에서 편의상 '증착'이라 한다) 챔버들, 냉각 챔버들, 또는 로드 록 챔버들 등과 같은 수 많은 다른 프로세싱 챔버들에서 기판 상에서 복수의 프로세스들을 실시할 것을 필요로 한다. 프로세스 챔버들은 종종 중앙 진공 챔버에 커플링된 클러스터 툴 또는 통합된 시스템의 일부가 된다. 기판을 챔버로부터 챔버로 이송하기 위해서 이송 로봇이 중앙 진공 챔버 내에 배치된다. 통합된 시스템의 효율을 높이기 위해서, 이송 로봇은 일반적으로 중앙 진공 챔버 내에서 복수의 기판들을 동시에 이송하도록 구성된다. 그러나, 이송 로봇들의 복잡성이 증가됨에 따라 이송 로봇들의 전체적인 크기가 또한 증가되어, 결과적으로 통합된 시스템의 조밀함(compactness)을 결정하는데 있어서 제한적인 인자가 된다.
예를 들어, 통상적인 대형 기판(예를 들어, 태양 전지 패널들, 복수의 웨이퍼들을 위한 캐리어 프레임, 또는 평판 디스플레이들, 등) 제조 프로세스들에서, 이송 로봇은 중앙 샤프트 내에서 서로의 상단부에 적층된 3개 또는 그 초과의 회전형 액츄에이터들을 가지는 하나의 피스(piece)를 포함할 수 있을 것이고, 상기 회전형 액츄에이터들은 일련의 풀리들 및 벨트들을 통해서 이송 로봇의 둘 또는 그 초과의 아암들을 제어한다. 그러나, 그러한 방식으로 구성된 이송 로봇은, 통합된 시스템에 대한 상당한 변경을 가하지 않고 현재의 통합된 시스템들로 설치하는 것을 어렵게 만드는 또는 불가능하게 만드는 전체적인 크기를 가진다. 또한, 만약 설치된다면, 전체적인 크기 및 하나의 피스의 구성은, 그러한 이송 로봇을 통합된 시스템으로부터 완전히 제거하지 않고 이송 로봇 상에서 유지보수를 실시하는 것을 어렵게 만든다.
그에 따라, 본원 발명자는 통합된 제조 시스템들과 함께 이용하기 위한 개선된 기판 이송 로봇을 제공하였다.
듀얼 아암 기판 이송 로봇들의 실시예들이 본원에서 제공된다. 일부 실시예들에서, 듀얼 아암 기판 이송 로봇은 중앙 축을 중심으로 이송 로봇을 회전시키기 위한 중앙 액츄에이터; 제 1 단부 및 일반적으로 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지는 결합(linkage) 아암으로서, 상기 결합 아암이 상기 제 1 단부와 제 2 단부 사이에서 상기 결합 아암의 중심 근처에서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링되는, 결합 아암; 상기 결합 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 전방 아암(forearm); 상기 결합 아암의 제 2 단부에 회전식으로 커플링된 제 2 전방 아암; 상기 결합 아암에 대한 상기 제 1 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 1 전방 아암 액츄에이터; 및 상기 결합 아암에 대한 상기 제 2 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 2 전방 아암 액츄에이터를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 전방 아암 액츄에이터들이 상기 중앙 액츄에이터로부터 측방향으로 오프셋된다.
본원 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들을 이하에서 설명한다.
앞서서 간략하게 설명되고 이하에서 보다 더 구체적으로 설명되는 본원 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 도시된 본원 발명의 설명적인 실시예들을 참조하여 이해될 수 있을 것이다. 그러나, 본원 발명이 다른 동일한 효과의 실시예들에 대해서도 인정되기 때문에, 첨부 도면들이 본원 발명의 전형적인 실시예들만을 도시한 것이고 그에 따라 본원 발명의 범위를 제한하는 것으로 간주되지 않아야 한다는 것을 주지하여야 할 것이다.
도 1은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 진보적인 듀얼 아암 기판 이송 로봇과 함께 이용하기에 적합한 프로세싱 시스템을 도시한 도면이다.
도 2a 및 2b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 진보적인 듀얼 아암 기판 이송 로봇의 단면도들이다.
도 3은 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 진보적인 듀얼 아암 기판 이송 로봇의 평면도이다.
도 4a 및 4b는 본원 발명의 일부 실시예들에 따른 진보적인 듀얼 아암 기판 이송 로봇의 단면도들이다.
이해를 돕기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에서 공통되는 동일한 구성요소들을 나타내기 위해서 동일한 참조 부호를 사용하였다. 도면들은 실척으로 도시되지 않고 명료성을 위해 간략화될 수 있다. 추가적인 언급이 없어도, 하나의 실시예에 개시된 요소들 및 특징들이 다른 실시예들에서 유리하게 이용될 수 있다는 것을 생각할 수 있을 것이다.
본원 발명의 실시예들은 일반적으로 통합된 기판 제조 시스템들에서 사용하기 위한 기판 이송 로봇들에 관한 것이다. 유리하게도, 진보적인 기판 이송 로봇은 이송 로봇의 아암들을 개별적으로 제어하기 위한 분리된 측방향 오프셋 회전형 액츄에이터들 및 공통 결합 아암을 제공하고, 이는 이송 로봇의 전체적인 크기를 줄이면서도 이송 로봇의 증대된 제어를 제공하며, 그에 따라 이송 로봇이 용이하게 설치 및 서비스될 수 있게 한다.
도 1은 본원에서 개시된 이러한 진보적인 장치와 함께 사용하기에 적합할 수 있는 예시적인 복수-챔버 프로세싱 시스템(100)의 개략적인 평면도이다. 본원에서 제공되는 교시내용들에 따라서 적절하게 변경될 수 있는 적합한 복수-챔버 프로세싱 시스템들의 예들에는 미국 캘리포니아 산타클라라에 소재하는 Applied Materials, Inc. 로부터 상업적으로 이용가능한 ENDURA® CENTURA® 및 PRODUCER® 프로세싱 시스템들(예를 들어, PRODUCER®GTTM), ADVANTEDGETM 프로세싱 시스템들, 또는 다른 적합한 프로세싱 시스템들이 포함된다. 다른 프로세싱 시스템들(다른 제조자들로부터의 시스템들을 포함)이 본원 발명으로부터의 이점을 취하도록 구성될 수 있다는 것을 생각할 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 프로세싱 시스템(100)은 일반적으로 진공-밀봉(vacuum-tight) 프로세싱 플랫폼(102), 팩토리 인터페이스(factory interface)(104), 및 시스템 제어기(140)를 포함할 수 있을 것이다. 플랫폼(102)은 이송 챔버(188)에 커플링된 복수의 프로세스 챔버들(109A-F) 및 적어도 하나의 로드-록 챔버(2개가 도시됨)(184)를 포함할 수 있을 것이다. 이송 로봇(106)(도 2 및 3과 관련하여 이하에서 설명됨)이 이송 챔버(188) 내에서 중앙에 배치되어 로드 록 챔버들(184)과 프로세스 챔버들(109A-F) 사이에서 기판들을 이송한다. 프로세스 챔버들(109A-F)은 원자층 증착(ALD)을 포함하는 층 증착, 화학기상증착(CVD), 물리기상증착(PVD), 에칭, 사전-세정(pre-clean), 탈가스, 배향 및 중앙-탐지(finding), 어닐링, 및 기타 기판 프로세스들을 포함하는 여러 가지 기능들을 실시하도록 구성될 수 있을 것이다. 프로세스 챔버들(109A-F)의 각각은 프로세스 챔버들(109A-F)의 각각의 내부 부피들을 이송 챔버(188)의 내부 부피에 대해서 선택적으로 유체적으로 커플링시키기 위한 슬릿 밸브 또는 다른 선택적으로 밀봉가능한 개구부를 포함할 수 있을 것이다. 유사하게, 각각의 로드 록 챔버(184)가 로드 록 챔버들(184)의 각각의 내부 부피들을 이송 챔버(188)의 내부 부피에 대해서 선택적으로 유체적으로 커플링하기 위한 포트를 포함할 수 있을 것이다.
팩토리 인터페이스(104)가 로드 록 챔버들(184)을 통해서 이송 챔버(188)에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 로드 록 챔버들(184)의 각각은 팩토리 인터페이스(104)에 커플링된 제 1 포트(123) 및 이송 챔버(188)에 커플링된 제 2 포트(125)를 포함할 수 있을 것이다. 로드 록 챔버들(184)은 그 로드 록 챔버들(184)을 감압 펌핑하고 환기(vent)시키는 압력 제어 시스템에 커플링될 수 있을 것이고, 그에 따라 이송 챔버(188)의 진공 분위기와 팩토리 인터페이스(104)의 실질적인 주변(예를 들어, 대기) 분위기 사이에서 기판을 통과시키는 것을 도울 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 팩토리 인터페이스(104)는 적어도 하나의 독킹 스테이션(docking station)(183) 및 적어도 하나의 팩토리 인터페이스 로봇(하나가 도시됨)(185)을 포함하여, 팩토리 인터페이스(104)로부터 로드 록 챔버들(184)을 통해서 프로세싱을 위한 프로세싱 플랫폼(102)으로의 기판들의 이송을 돕는다. 독킹 스테이션(183)은 하나 또는 그 초과의(4개가 도시됨) 전면 개방 통합 포드들(FOUPs)(187A-D)을 수용하도록 구성된다. 선택적으로, 하나 또는 그 초과의 계측(metrology) 스테이션이 팩토리 인터페이스(104)에 커플링되어 FOUPs(187A-D)로부터의 기판의 측정을 도울 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 팩토리 인터페이스(104) 내에 배치된 팩토리 인터페이스 로봇(183)은 로드 록 챔버들(184)과 복수의 FOUPs(187A-D) 사이에서 기판들의 카셋트들을 왕복시키기 위한 선형 및 회전 운동을 할 수 있다.
시스템 제어기(140)는 프로세싱 플랫폼(102) 및 팩토리 인터페이스(104) 성분들(즉, 프로세스 챔버들(109A-F), 이송 로봇(106), 등) 중 하나 또는 그 초과의 직접적인 제어를 이용하여 또는 대안적으로, 프로세스 프로세싱 플랫폼(102) 및 팩토리 인터페이스(104) 성분들과 연관된 컴퓨터들(또는 제어기들)을 제어함으로써, 프로세싱 시스템(100)의 동작을 제어한다. 일부 실시예들에서, 시스템 제어기(140)는 프로세싱 시스템(100)의 성능을 최적화하기 위해서 프로세싱 시스템(100)으로부터의 데이터 수집 및 피드백을 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템 제어기(140)는 일반적으로 중앙 프로세싱 유닛(CPU)(142), 메모리(144), 및 지원 회로들(146)을 포함한다. CPU(142)는 산업적인 셋팅에서 이용될 수 있는 임의 형태의 범용 컴퓨터 프로세서일 수 있다. 메모리(144), 또는 컴퓨터-판독가능 매체는 CPU(138)에 의해서 액세스가 가능하고 그리고, 근거리 또는 원거리의, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 리드 온리 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 디지털 저장장치와 같은 하나 또는 그 초과의 용이하게 이용가능한 메모리일 수 있을 것이다. 지원 회로들(146)은 통상적으로 CPU(142)에 커플링되고 그리고 캐시, 클록 회로들, 입/출력 보조 시스템들, 전원들 등을 포함할 수 있을 것이다.
기판 처리량(throughput)을 증대시키기 위해서, 이송 로봇(106)은, 2개의 기판들을 동시에 핸들링할 수 있는 듀얼 아암 기판 이송 로봇이 된다. 예를 들어, 도 2a를 참조하면, 일부 실시예들에서, 이송 로봇(106)은 일반적으로 중앙 액츄에이터(206)에 커플링된 결합 아암(204), 상기 결합 아암(204)의 제 1 단부(210)에 회전식으로 커플링된 제 1 전방 아암(208), 및 상기 결합 아암(204)의 제 2 단부(214)에 회전식으로 커플링된 제 2 전방 아암(212)을 포함한다. 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)는 결합 아암(204)의 제 1 단부(210)에 커플링되고 그리고 결합 아암(204)에 대한 제 1 전방 아암(208)의 회전을 제어하도록 구성되고, 그리고 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)는 결합 아암(204)의 제 2 단부(214)에 커플링되고 그리고 결합 아암(204)에 대한 제 2 전방 아암(212)의 회전을 제어하도록 구성된다.
중앙 액츄에이터(206)는 결합 아암(204)을 지지하고 그리고 중앙 축(226)을 중심으로 하는 결합 아암(204)의 회전 운동을 돕는다. 중앙 액츄에이터(206)는 전술한 회전 운동을 제공할 수 있는 임의의 회전식 액츄에이터, 예를 들어, 수압식 모터 또는 공압식 모터 등과 같은 기계적인 모터, 또는 서보 모터 또는 스텝퍼 모터 등과 같은 전기 모터일 수 있다. 일부 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206) 및 결합 아암(204)이 기어 박스 또는 스트레인 웨이브(strain wave) 기어 시스템과 같은 기계적인 기어 시스템(267)에 커플링되어 정밀한 운동을 도울 수 있고 그리고 조정가능한 기어비를 제공하여 중앙 액츄에이터(206)로부터 결합 아암(204)으로의 효율적인 에너지 전달을 도울 수 있다. 중앙 액츄에이터(206)가 전기 모터인 실시예들에서, 전기적 피드스루(feedthrough)(264) 및/또는 슬립 링(266)이 중앙 액츄에이터(206)에 커플링되어 전원(미도시)으로부터 중앙 액츄에이터(206)로의 전력의 유동을 도울 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206)가 이송 로봇(106)의 수직 운동을 돕기 위한 리프트(246)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 리프트(246)는 일반적으로 하우징(250)에 커플링되고 중앙 액츄에이터(206)의 수직 운동을 제공하도록 구성된 리프트 액츄에이터(256)를 포함할 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 벨로우즈(265)가 하우징(250) 및 리프트 액츄에이터(256)에 커플링되어 이송 챔버(188)의 내부 부피(242) 내에서 희망하는 대기(atmosphere)(예를 들어, 진공 조건들)를 유지하는 것을 돕기 위한 진공 밀봉부를 제공한다. 리프트 액츄에이터(256)는 중앙 액츄에이터(206)의 수직 운동을 제공하기에 적합한 임의의 액츄에이터를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 리프트 액츄에이터(256)는 볼 스크류(260)의 나사산(threaded) 샤프트(258)에 커플링된 회전식 액츄에이터(262)를 포함할 수 있을 것이다. 그러한 실시예들에서, 볼 스크류(260)는 캐리지(254)를 통해서 중앙 액츄에이터(206)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 캐리지(254)가 하나 또는 그 초과의(하나가 도시됨) 안내 레일들(268)에 이동가능하게 커플링되어 캐리지(254)의 매끄럽고 정밀한 운동을 도울 수 있을 것이다. 동작 중에, 회전식 액츄에이터(262)는 나사산 샤프트(258)를 회전시켜, 볼 스크류(260)의 수직 운동 및 그에 따른 캐리지(254)의 수직 운동을 유발하고, 따라서 중앙 액츄에이터(206)의 운동을 돕는다.
비록 도 2a가 중앙 액츄에이터(206)의 하단부(299) 근처에서 중앙 액츄에이터(206)에 커플링된 캐리지(254)를 도시하고 있지만, 그러한 캐리지(254)가 임의 위치에서 중앙 액츄에이터(206)에 커플링될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 캐리지(254)가 중앙 액츄에이터(206)의 상단부(298) 근처에서 중앙 액츄에이터(206)에 커플링될 수 있을 것이다. 그러한 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206)가 캐리지(254)의 관통 홀(295) 내에 배치된 샤프트(297)를 통해서 결합 아암(204)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 샤프트(297)가 플레이트(293)를 통해서 결합 아암(204)에 커플링될 수 있을 것이다.
캐리지(254)를 중앙 액츄에이터(206)의 상단부(298) 가까이에서 중앙 액츄에이터(206)에 커플링함으로써, (진공 대기와 같은) 희망하는 대기에서 유지되는 내부 부피(242)와 희망하는 대기에서 유지되지 않는 외부 부피(243) 사이의 분리가 중앙 액츄에이터(206)의 위에 배치되고, 그에 따라 이송 챔버(188)의 내부 부피(242)에 접근할 필요가 없이 중앙 액츄에이터(206)가 서비스될 수 있게 된다.
도 2a로 돌아가면, 이송 로봇(106)이 기판 운동을 돕도록 허용할 수 있는 충분한 안정성을 제공하기에 적합한 임의 방식을 통해서 이송 로봇(106)이 이송 챔버(188)의 내부 부피(242)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 이송 챔버(188)의 하단부 표면(232)이 중앙 액츄에이터(206), 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)의 크기 및 운동을 수용하도록 구성된 하나 또는 그 초과의 리세스들(즉, 제 1 리세스(234) 및 제 2 리세스(244))를 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 그러한 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206)가 이송 로봇(106)을 이송 챔버(188)의 중앙 축(226) 주위로 회전시킴에 따라, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 제 2 리세스(234)를 통해서 이동할 수 있게 허용하는 원형 경로를 제 2 리세스(234)가 제공할 수 있을 것이다. 하나 또는 그 초과의 리세스들이 존재하는 경우에, 그러한 리세스들은 이송 로봇(106)의 전체 높이를 수용하기 위해서 필요한 내부 부피(242)의 크기를 감소시킨다. 이송 챔버(188)의 내부 부피(242)의 크기 감소는 희망하는 대기(예를 들어, 진공 조건들)를 획득하기 위해서 배기하여야 할 필요가 있는 부피를 보다 자게 한다. 또한, 이용가능한 작은 가용 물리적 공간을 가지는 기존 설비에서, 이송 로봇의 낮은 높이는 이송 로봇(106)을 적절하게 변경된 기존 설비에 통합시키는 것을 돕는다.
일부 실시예들에서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 결합 아암(204)의 대향 단부들(즉, 제 1 단부(210) 및 제 2 단부(214) 각각)에 커플링되고 그리고 중앙 액츄에이터(206)로부터 측방향으로 오프셋되어 위치된다. 중앙 액츄에이터(206), 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)를 측방향으로 오프셋된 구성으로 제공하는 것은 결합 아암(204) 아래에서 서로의 상단부에 적층되는 복수의 액츄에이터들을 가져야 할 필요성을 배제하고, 그에 따라 이송 로봇(106)의 전체 높이를 감소시킨다. 또한, 중앙 액츄에이터(206), 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)를 측방향으로 오프셋시키는 것은 각각의 액츄에이터에 개별적으로 액세스할 수 있도록 허용하고, 그에 따라 유지보수 또는 수리를 위해서 전체 이송 로봇(106)을 제거할 필요성을 배제한다. 또한, 일부 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206), 제 1 전방 아암 액츄에이터(230), 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)는, 예를 들어 도 3에 도시된 바와 같이, 선형 배열일 필요가 없다.
도 2a로 되돌아 가면, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)는, 확실하고, 정적인 커플링을 제공하기에 적합한 임의 방식으로, 결합 아암(204)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 도 2a 및 4a에 도시된 바와 같이, 액츄에이터들이 일반적으로 결합 아암(204)의 아래쪽에 배치되도록, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 결합 아암(204)에 커플링될 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 예를 들어 도 4b에 도시된 바와 같이, 액츄에이터들이 일반적으로 결합 아암(204)의 위쪽에 배치되도록, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 결합 아암(204)에 커플링될 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 결합 아암(204)의 제 1 단부(210) 및 제 2 단부(214)가 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)의 각각의 적어도 일부를 수용하도록 크기가 결정된 관통 홀(274)을 각각 포함할 수 있을 것이다. 그러한 실시예들에서, 샤프트(280, 281)가 각각의 관통 홀(274)을 통해서 연장하여 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)의 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)에 대한 커플링을 도울 수 있고, 그에 따라 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 회전을 각각 제어할 수 있게 된다. 일부 실시예들에서, 하나 또는 그 초과의 볼 베어링들(도시된 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각에 대한 하나의 볼 베어링(279))이 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212) 그리고 각각의 샤프트(280, 281) 사이의 갭(277) 내에 배치되어 매끄러운 회전 운동을 제공할 수 있을 것이다.
제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)의 각각이 각각의 제 1 전방 아암 축(270) 및 제 2 전방 아암 축(272)을 중심으로 하는 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 회전 운동을 제공할 수 있는 임의 타입의 회전식 액츄에이터일 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 중앙 액츄에이터(206)에 대해서 전술한 회전식 액츄에이터들 중 임의의 것일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 동일할 수 있고, 또는 일부 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206)와 다른 타입의 액츄에이터일 수 있을 것이다. 일부 실시예들에서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 기어 박스 또는 스트레인 웨이브 기어 시스템과 같은 기계적인 기어 시스템(276, 278)에 커플링되어 정밀한 운동을 도울 수 있고 그리고 조정가능한 기어비를 제공하여 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)로부터 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212) 각각으로의 효율적인 에너지 전달을 도울 수 있을 것이다. 또한, 일부 실시예들에서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)가 전자기계적 디바이스(미도시), 예를 들어, 회전식 인코더 또는 샤프트 인코더와 같은 인코더를 더 포함하여 정밀한 회전을 도울 수 있을 것이다.
일부 실시예들에서, 결합 아암(204)의 제 1 단부(210) 및 제 2 단부(214)의 각각은, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)의 성분들을 수용하도록 구성된 하우징(406)을 포함할 수 있을 것이다. 예를 들어, 그러한 실시예들에서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)는 하우징(406)에 커플링되고 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각에 커플링된 로터(404)의 회전을 제어하도록 구성된 스테이터(402)를 각각 포함할 수 있을 것이다. 볼 베어링들(408)이 하우징(406)에 정적으로 커플링된 샤프트(410)와 로터(404) 사이에 배치되어 매끄러운 회전 운동을 제공할 수 있을 것이다. 비록, 도면에서 하우징(406) 및 결합 아암(204)이 하나의 일체형 부분으로서 도시되어 있지만, 하우징(406)이 결합 아암(204)에 커플링되도록 구성된 분리된 성분일 수 있을 것이다.
다시 도 2a로 돌아가면, 일부 실시예들에서, 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각이 제 1 단부(282, 284)에서 결합 아암(204)에 회전식으로 커플링된다. 엔드 이펙터(end effector)(286, 288)가 제 1 단부(282, 284)에 대향하는 전방 아암들(208, 212)의 제 2 단부(294, 296) 근처에서 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각에 회전식으로 커플링된다. 일부 실시예들에서, 각각의 엔드 이펙터(286, 288)가 엔드 이펙터 장착 표면(290, 292)을 통해서 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)에 커플링된다. 엔드 이펙터 장착 표면(290, 292)이 존재하는 경우에, 그러한 장착 표면(290, 292)은 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212) 그리고 각각의 엔드 이펙터(286, 288) 사이에 공간을 제공한다.
일부 실시예들에서, 제 1 풀리(201, 203)가 제 1 전방 아암(208)의 제 1 단부(282)와 제 2 전방 아암(212)의 제 1 단부(284)의 각각에 커플링된다. 일부 실시예들에서, 제 1 풀리(201, 203)가, 예를 들어, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 샤프트(410)에 정적으로(statically) 커플링된다.
다시 도 2a로 되돌아 가면, 제 1 풀리들(201, 203)은 각각의 벨트들(205, 207)을 통해서 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 제 2 단부들(294, 296) 근처에 배치된 각각의 제 2 풀리들(209, 211)에 커플링된다. 제 2 풀리들(209, 211)은 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 제 2 단부들(294, 296)에 회전식으로 커플링되고 샤프트(291)를 통해서 엔드 이펙터들(286, 288)에 고정된다. 일부 실시예들에서, 제 2 풀리들(209, 211)은, 예를 들어, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 제 2 단부들(294, 296) 내에 배치된 샤프트(416)를 통해서 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)에 회전식으로 커플링될 수 있을 것이다. 그러한 실시예들에서, 베어링들(414)이 제 2 풀리들(209, 211)과 샤프트(416) 사이에 배치되어 매끄러운 회전 운동을 제공할 수 있을 것이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 동작 중에, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및/또는 제 2 전방 아암 액츄에이터(228)는 샤프트(410) 주위로 그리고 결합 아암(204)에 대해서 정적인 회전 위치에서 유지되는 각각의 제 1 풀리(201, 203) 주위로 제 1 전방 아암(208) 및/또는 제 2 전방 아암(212)을 회전시킨다. 제 1 전방 아암(208) 및/또는 제 2 전방 아암(212)의 회전은 벨트(205, 207)를 통해서 제 2 풀리(209, 211)의 회전을 유발하고, 그에 따라 엔드 이펙터(286, 288)를 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)에 대해서 회전시킨다.
일부 실시예들에서, 제 1 풀리(201, 203)에 의해서 회전될 때 엔드 이펙터(286, 288) 및 제 2 풀리(209, 211)의 회전 및 회전 변위의 레이트(rate)를 제어하는 것을 돕기 위해서, 제 2 풀리(209, 211)에 대한 제 1 풀리(201, 203)의 크기 비율이 선택될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 제 1 풀리(201, 203) 및 제 2 풀리(209, 211) 사이의 중심-대-중심 거리가 제 1 풀리(201, 203)와 중앙 축(226) 사이의 중심-대-중심 거리와 동일할 때, 제 1 풀리(201, 203) 대 제 2 풀리(209, 211)의 크기 비율이 약 1:2가 될 수 있을 것이다. 그러한 비율은 제 1 전방 아암(208) 및/또는 제 2 전방 아암(212)의 작동 중에 이송 로봇(106)에 대한 엔드 이펙터의 배향을 유지한다. 다른 크기 비율들은 전술한 바와 같은 다른 중심-대-중심 거리들에서 이용될 수 있을 것이다.
엔드 이펙터들(286, 288)은 상부에 배치된 기판에 대한 적절한 지지를 제공하기에 적합한 임의 방식으로 구성될 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 엔드 이펙터(286, 288)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 하나 또는 그 초과의 지지 아암들(2개가 도시됨)(314, 136)을 포함할 수 있을 것이다.
동작 중에, 액츄에이터들(즉, 중앙 액츄에이터(206), 제 1 전방 아암 액츄에이터(230) 및 제 2 전방 아암 액츄에이터(228))의 협력(coordination)이 기판들의 희망 운동을 제공하는데 필요한 임의 방향을 따른 이송 로봇(106)의 운동을 제공할 수 있을 것이다. 예를 들어, 일부 실시예들에서, 중앙 액츄에이터(206)가 제 1 방향(310)으로, 예를 들어, 시계 방향으로 회전될 수 있을 것이고, 그리고 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)(또는 제 2 전방 아암 액츄에이터(228))가 반대 방향(308)으로, 예를 들어 반시계 방향으로 회전될 수 있을 것이고, 그에 따라 제 1 전방 아암(208)(또는 제 2 전방 아암(212)) 및 엔드 이펙터(286)가 전진 방향으로 이동되게 할 것이다.
일부 실시예들에서, (제 1 전방 아암 축(270)으로부터 제 2 전방 아암 축(272)까지 측정될 때의) 결합 아암(204)의 길이(302)에 대한 (제 1 전방 아암 축(270) 또는 제 2 전방 아암 축(272)으로부터 엔드 이펙터(286, 288) 회전 축(310)까지 측정될 때의) 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각의 길이들을 변화시켜 결합 아암(204)에 대한 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 회전 변위를 조정할 수 있을 것이다. 그러한 실시예들에서, 결합 아암(204)의 길이(302)에 대한 제 1 전방 아암(208) 및 제 2 전방 아암(212)의 각각의 길이들이 엔드 이펙터(286, 288)를 희망 방향을 따라 이동시키는데 필요한 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)(또는 제 2 전방 아암 액츄에이터(228))의 회전 변위에 대한 중앙 액츄에이터(206)의 회전 변위를 나타낼 수 있을 것이다.
예를 들어, 전술한 바와 같이 엔드 이펙터(286)를 전진 방향으로 이동시키기 위해서 중앙 액츄에이터(206)가 제 1 방향으로 회전될 수 있고 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)가 반대 방향(308)으로 회전될 수 있는 실시예들에서, 만약 제 1 전방 아암(208)의 길이(306)가 결합 아암(204)의 길이(302)의 약 절반(1/2)이라면, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)의 회전 변위(α)가 중앙 액츄에이터(206)의 회전 변위의 대략적으로 2배의 변위(2α)가 될 수 있을 것이다. 그 대신에, 제 1 전방 아암(208)의 길이(306)가 결합 아암(204)의 길이(302)의 절반(1/2)보다 크거나, 작은 실시예들에서, 엔드 이펙터(286, 288)의 희망하는 방향을 따른 운동을 달성하기 위해서, 제 1 전방 아암 액츄에이터(230)의 회전 변위는 중앙 액츄에이터(206)의 회전 변위의 약 2배 보다 크거나 작도록 변화될 수 있을 것이다.
따라서, 통합된 제조 시스템들과 함께 사용하기 위한 개선된 기판 이송 로봇이 본원에서 제공된다. 유리하게, 진보적인 기판 이송 로봇은 이송 로봇의 아암들을 개별적으로 제어하기 위한 독립적인 측방향 오프셋 회전 액츄에이터들 및 공통 결합 아암을 제공하며, 이는 이송 로봇의 전체적인 크기를 감소시키면서 이송 로봇의 증대된 제어를 제공하고, 그에 따라 이송 로봇이 용이하게 설치 및 서비스될 수 있게 한다.
전술한 내용이 본원 발명의 실시예들에 관한 것이지만, 본원 발명의 기본적인 범위를 벗어나지 않더라도 본원 발명의 다른 실시예들 및 추가적인 실시예들이 안출될 수 있을 것이다.

Claims (20)

  1. 듀얼 아암 기판 이송 로봇으로서:
    중앙 축을 중심으로 상기 이송 로봇을 회전시키기 위한 중앙 액츄에이터;
    제 1 단부 및 일반적으로 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지는 결합 아암으로서, 상기 결합 아암이 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 결합 아암의 중심 근처에서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링되는, 결합 아암;
    상기 결합 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 전방 아암;
    상기 결합 아암의 제 2 단부에 회전식으로 커플링된 제 2 전방 아암;
    상기 결합 아암에 대한 상기 제 1 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 1 전방 아암 액츄에이터; 및
    상기 결합 아암에 대한 상기 제 2 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 2 전방 아암 액츄에이터를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 전방 아암 액츄에이터들이 상기 중앙 액츄에이터로부터 측방향으로 오프셋되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 엔드 이펙터 및 상기 제 2 전방 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 2 엔드 이펙터를 더 포함하고,
    상기 각각의 엔드 이펙터가 기판을 상부에서 지지하도록 구성되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전방 아암들의 각각이:
    상기 엔드 이펙터에 커플링되고 상기 제 1 전방 아암 및 제 2 전방 아암의 각각의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 풀리;
    상기 제 1 단부에 대향하는, 제 1 전방 아암 및 제 2 전방 아암의 제 2 단부에 커플링되고 상기 결합 아암에 정적으로 커플링된 제 2 풀리; 및
    상기 제 1 전방 아암 액츄에이터 또는 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터의 작동이 상기 제 1 전방 아암 또는 제 2 전방 아암에 대한 상기 제 1 엔드 이펙터 및 제 2 엔드 이펙터의 각각의 회전을 유발하도록, 상기 제 1 풀리를 상기 제 2 풀리에 커플링하는 벨트를 더 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 풀리와 상기 제 2 풀리 사이의 중심-대-중심 거리가 상기 제 1 풀리와 상기 중앙 축 사이의 중심-대-중심 거리와 동일하고, 상기 제 1 풀리 및 상기 제 2 풀리는 약 2:1의 제 1 풀리 대 제 2 풀리의 크기 비율을 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 이송 로봇이 기판 프로세싱 시스템의 이송 챔버 내에 배치되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 이송 챔버가:
    상기 기판 이송 로봇을 상기 이송 챔버에 커플링시키기 위한 하단부 표면을 포함하고, 상기 하단부 표면은 상기 제 1 전방 아암 액츄에이터, 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터, 및 상기 중앙 액츄에이터가 내부에서 회전할 수 있게 허용하는 복수의 리세스들을 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  7. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 액츄에이터의 수직 운동을 제어하기 위해서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링된 리프트를 더 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 리프트가:
    리프트 액츄에이터; 및
    상기 리프트 액츄에이터를 상기 중앙 액츄에이터에 커플링시키는 캐리지를 포함하고,
    상기 리프트 액츄에이터가 상기 캐리지의 수직 운동을 제어하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  9. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중앙 액츄에이터, 상기 제 1 전방 아암 액츄에이터, 및 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터가 회전식 수압 펌프, 전기 모터, 수압 모터, 또는 공압 모터인, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암 액츄에이터로부터 상기 제 1 전방 아암으로 회전 에너지를 전달하기 위해서 상기 제 1 전방 아암을 상기 제 1 전방 아암 액츄에이터에 회전식으로 커플링하는 제 1 기어 박스; 및
    상기 제 2 전방 아암 액츄에이터로부터 상기 제 2 전방 아암으로 회전 에너지를 전달하기 위해서 상기 제 2 전방 아암을 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터에 회전식으로 커플링하는 제 2 기어 박스를 더 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 기어 박스와 상기 제 2 기어 박스 각각이 스트레인 웨이브 기어 시스템 드라이브를 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  12. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암 액츄에이터, 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터의 회전 축들, 및 중앙 축이 동일 평면상에 있는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  13. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암 액츄에이터 및 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터의 회전 축선들이 서로에 대해서 동일 평면상에 있고 상기 중앙 축에 대해서 오프셋되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  14. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암 및 상기 제 2 전방 아암의 각각이 상기 결합 아암의 길이의 절반과 실질적으로 같은 길이를 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  15. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전방 아암 및 상기 제 2 전방 아암의 각각이 상기 결합 아암의 길이의 절반 보다 긴 길이를 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  16. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전방 아암 액츄에이터들의 각각이 상기 결합 아암의 아래쪽에 주로(predominantly) 배치되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  17. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전방 아암 액츄에이터들의 각각이 상기 결합 아암의 위쪽에 주로 배치되는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  18. 듀얼 아암 기판 이송 로봇으로서:
    중앙 축을 중심으로 상기 이송 로봇을 회전시키기 위한 중앙 액츄에이터;
    제 1 단부 및 일반적으로 상기 제 1 단부에 대향하는 제 2 단부를 가지는 결합 아암으로서, 상기 결합 아암이 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 결합 아암의 중심 근처에서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링되는, 결합 아암;
    상기 결합 아암의 제 1 단부에 회전식으로 커플링된 제 1 전방 아암;
    상기 결합 아암의 제 2 단부에 회전식으로 커플링된 제 2 전방 아암;
    상기 결합 아암에 대한 상기 제 1 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 1 전방 아암 액츄에이터로서, 상기 제 1 전방 아암 액츄에이터가 상기 제 1 전방 아암의 회전 축을 따라서 배치되는, 제 1 전방 아암 액츄에이터; 및
    상기 결합 아암에 대한 상기 제 2 전방 아암의 회전을 제어하기 위한 제 2 전방 아암 액츄에이터로서, 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터가 상기 제 2 전방 아암의 회전 축을 따라서 배치되는, 제 2 전방 아암 액츄에이터를 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 중앙 액츄에이터의 수직 운동을 제어하기 위해서 상기 중앙 액츄에이터에 커플링된 리프트를 더 포함하는, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 중앙 액츄에이터, 상기 제 1 전방 아암 액츄에이터, 및 상기 제 2 전방 아암 액츄에이터가 회전식 수압 펌프, 전기 모터, 수압 모터, 또는 공압 모터인, 듀얼 아암 기판 이송 로봇.
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