KR100469815B1 - 반도체웨이퍼형물품용그리퍼 - Google Patents

반도체웨이퍼형물품용그리퍼 Download PDF

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KR100469815B1 KR10-1998-0022858A KR19980022858A KR100469815B1 KR 100469815 B1 KR100469815 B1 KR 100469815B1 KR 19980022858 A KR19980022858 A KR 19980022858A KR 100469815 B1 KR100469815 B1 KR 100469815B1
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Abstract

본 발명의 웨이퍼형 물품용 그리퍼는 반경방향으로 조절 가능한 다수의 그리핑 클로(2)를 가지고 있다. 그리핑 클로(2)는 웨이퍼형 물품을 보유할 때 그 그리핑 클로가 그 물품의 외측 가장자리에 밀착하도록 스프링의 부하를 받고 있다. 그리핑 클로(2)를 외측으로 이동시키기 위해, 원추형 전개체(21)를 구비한 전개 수단(20)이 제공되어 있다. 또한, 그리핑 클로(2)들은 개별적으로 안쪽으로 이동할 수 없도록 서로 연결되어 있고, 개개의 그리핑 클로(2)는 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 이동할 수 없도록 되어 있다. 이것은, 원추형 전개체(21)를 그리핑 클로(2)에 연결된 부품, 예를 들어, 롤러(18)에 대하여 계속적으로 접촉하여 유지시키는 스프링(26)의 부하를 받는 원추형 전개체(21)에 의해 달성된다. 이것에 의해, 개개의 그리핑 클로(2)가 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 반경방향으로 이동하는 것이 신뢰성 있게 방지된다. 따라서, 물품이 정해진 위치에서 그리퍼에 의해 확실하게 보유된다.

Description

반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼{Gripper for wafer-shaped articles}
본 발명은 반도체 웨이퍼형 물품 또는 그와 유사한 웨이퍼형 물품용 그리퍼(gripper)에 관한 것이다.
이러한 그리퍼가 WO 95/11518호 공보로부터 공지되어 있다. 공지의 그리퍼에서는, 그리핑 클로(gripping claw)들이, 그리퍼에 대한 웨이퍼형 물품(웨이퍼)의 위치가 명확하게 정해지지 않도록 그 웨이퍼형 물품(웨이퍼)을 보유하는 위치에서 스프링력에 의해 보유된다. 이것은, 공지의 그리퍼에서는, 그리퍼가 웨이퍼형 물품을 보유한 후에는 그리핑 클로를 웨이퍼형 물품의 외측 가장자리에 밀착시키도록 원추형 전개체(展開體)가 그리핑 클로에 작용하지 않기 때문이다. 대개, 웨이퍼형 물품(웨이퍼)은, 특히 그리핑 클로들 중 하나의 부위에서 웨이퍼형 물품의 가장자리에 평탄부 또는 절결부가 위치하게 되는 경우에는 그리퍼의 축선에 중심이 맞게 보유되지 않는다. 이 경우, 그리핑 클로가 반경방향 안쪽으로 작용하는 힘을 웨이퍼형 물품에 가하여, 그 웨이퍼형 물품에 마주하는 그리핑 클로가 그에 가해지는 스프링력의 작용 하에 웨이퍼형 물품을 중심 위치에서 벗어나게 이동시키게 된다. 모든 그리핑 클로가 웨이퍼형 물품의 가장자리에 밀착하는 경우, 그 물품이 공지의 그리퍼에 의해 보유될 때는, 그리핑 클로를 안쪽으로 밀어붙이는 개개의 스프링의 스프링 상수가 정확하게 동일하지 않기 때문에, 보유 위치가 상이하게 된다.
웨이퍼형 물품이 홀더 상에 배치될 때, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼가 추가 처리 단계(에칭, 연마 등) 중에 그 물품을 보유하는 척(chuck) 상에 배치될 때, 상기한 문제들은, 공지의 그리퍼가 예외적인 경우에만, 즉, 일정치 않게 척의 회전 축선과 정확하게 동심으로 웨이퍼형 물품을 배치시킬 수 있다는 또 다른 문제들을 발생시킨다. 이것은, 웨이퍼형 물품을 중심에 두기 위해 필요한 때 반경방향 안쪽으로 이동할 수 있는 핀(조절 가능한)을 웨이퍼형 물품으로 향하는 표면에 구비한 척의 경우(US-A-5,513,668호)에는 웨이퍼형 물품이 결국에는 중심에 배치되기 때문에 문제가 되지 않는다. 웨이퍼형 물품이 베르누이 원리에 의해(US-A-4,903,717호) 보유되거나 또는 부압(負壓)에 의해(WO 97/03457호) 보유되는, 상기한 핀이 없는 웨이퍼형 물품용 척에서는, 동심으로 배치되지 않은 웨이퍼형 물품의 경우, 실행되는 처리 단계 중에 웨이퍼형 물품이 척에 의해 회전될 때 질량 불균형으로 인한 문제가 발생된다.
본 발명의 목적은, 공지의 그리퍼의 구조를 변경하여, 개개의 그리핑 클로가 다른 그리핑 클로에 독립하여 반경방향 안쪽으로 이동할 수 없게 한 웨이퍼형 물품용 그리퍼를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 대체로 원형의 외측 둘레를 가지는 반도체 웨이퍼형 물품을 붙잡기 위한 그리퍼로서, 베이스체(base body)와, 그 베이스체에 대하여 반경방향 안쪽 및 바깥쪽으로 이동할 수 있도록 상기 베이스체에 이동 가능하게 배치된 다수의 그리핑 클로와, 상기 베이스체 쪽으로 반경방향 안쪽으로 상기 그리핑 클로를 밀어붙이는 탄성 수단, 및 그 탄성 수단의 밀어붙임에 대항하여 반경방향 바깥쪽으로 상기 그리핑 클로들을 밀어붙이는 전개(展開) 수단으로서, 상기 그리핑 클로의 이동방향에 수직인 축선을 따라 이동할 수 있고, 상기 그리핑 클로들에 작용하고 개개의 그리핑 클로가 다른 그리핑 클로보다 더 안쪽으로 반경방향으로 이동하는 것을 방지하도록 된 원추형 자켓(jacket) 면을 가지는 전개체를 포함하는 전개 수단을 구비한 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼에 있어서, 상기 전개체는 스프링 수단에 의해 상기 전개체의 상기 원추형 자켓 면이 상기 그리핑 클로들에 접촉하도록 유지되어 있고, 상기 그리핑 클로들의 이동방향으로 작용하도록 상기 스프링 수단에 의해 가해지는 힘이 상기 베이스체 쪽으로 반경방향 안쪽으로 상기 그리핑 클로를 밀어붙이는 상기 탄성 수단에 의해 가해지는 힘보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼가 제공된다.
본 발명에 따른 그리퍼의 바람직하고 유리한 실시형태가 특허청구범위의 종속항의 주제이다.
본 발명에 따른 그리퍼에서는, 그리핑 클로들(일반적으로는, 예를 들어, 6개의 그리핑 클로가 있다)들 중 어느 것도 다른 그리핑 클로보다 더 안쪽으로 반경방향으로 이동될 수 없기 때문에, 웨이퍼형 물품이 항상 재현 가능한 (정해진) 위치에서 그리퍼의 축선에 동심으로 보유되고, 정해진 방식으로, 예를 들어, 캐리어의 축선에 동심으로 그리퍼에 의해 웨이퍼형 물품용 척(chuck)에 배치될 수 있다.
그리핑 클로들이 공동으로 반경방향으로 이동될 수 있게 하는 수단이 요구되는 데로 구성될 수 있다. 즉, 그 수단은, 예를 들어, 레버 연결 방식으로 그리핑 클로들을 기계적으로 연결하는 것일 수 있고, 본 발명의 구성에서는, 공지의 그리퍼(WO 95/11518호)에 제공된 것과 같은 전개 수단이다. 이 전개 수단은 바람직하게는, 그리핑 클로의 안내 봉 또는 가이드체(guide body)의 반경방향 내측 단부와 상호 작용하고 안내 봉 또는 가이드체의 상기 내측 단부에 계속적으로 밀착하여 있도록 구성된 원추형 전개체를 포함한다. 상기 내측 단부에의 전개체의 계속적인 밀착은, 가장 간단한 경우에서는, 전개체를 그리핑 클로의 안내 봉 또는 가이드체 또는 그 클로에 제공된 롤러에 계속적으로 접촉하여 유지시키는 스프링을 전개체에 제공함으로써 달성된다. 그리퍼 개방 시에 그리핑 클로를 외측으로 (반경방향으로) 이동시키는데 사용되는 전개체는, (반경방향으로) 안쪽에 놓여 있는 그리핑 클로의 부품들(안내 봉, 가이드체 또는 그 가이드체에 제공된 롤러)과 접하여 놓여 있기 때문에, 그리핑 클로들이 개별적으로 이동하는 것을 방지한다. 그리핑 클로들은 공동으로만 움직일 수 있다. 그리핑 클로들 중 하나가, 어떠한 이유에서라도, 다른 그리핑 클로보다 더 큰 힘으로 전개체에 작용하는 경우, 그 전개체는 상방으로 이동되고, 다른 그리핑 클로가 그 클로에 작용하고 전개체에 접하여 있는 스프링의 힘에 의하여 안쪽으로 이동한다. 따라서, 본 발명에 따른 그리퍼의 구성에서는 개개의 그리핑 클로가 다른 그리핑 클로에 독립하여 반경방향 안쪽으로 이동할 수 없다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 그리퍼는, 도시된 실시예에서는 둥근 외형을 가지는 베이스체(base body)(1)와, 그 베이스체(1)에 대하여 안쪽 및 바깥쪽으로 반경방향으로 이동될 수 있는 다수(도시된 실시예에서는 6개)의 그리핑 클로(gripping claw)(2)로 구성되어 있다.
베이스체(1)는 본질적으로 원통형의 벽(3), 커버(4) 및 기저판(基底板)(5)을 가지고 있다. 베이스체(1)의 이들 부품은 나사(6)에 의해 서로 결합되어 있다. 기저판(5)은 벽(3)과 일체로 만들어질 수도 있다.
베이스체(1)의 벽(3)에는 안내 슬리브(7)들이 삽입되어 있고, 각각의 안내 슬리브(7)내에서 그리핑 클로(2)의 반경방향으로 배치된 안내 봉(8)이 이동 가능하게 안내된다. 그 안내 봉(8)의 외측 단부에는 보유체(9)가 부착되어 있고, 그 보유체(9)에는 돌출한 플랜지(11)를 가진 핀(10)이 설치되어 있다. 그 핀(10)은 웨이퍼형 물품을 잡도록 작용하는 그리핑 클로(2)의 한 부품이다. 벽(3)의 바깥쪽에 있는 안내 봉(8)의 부분은 가변 길이의 확장 벨로스(bellows)(도시되지 않음)에 의해 덮여 있을 수 있다.
핀(10)은 플랜지(11) 위에 2개의 원추형 면에 의해 경계가 정해진 링을 구비할 수 있다. 핀(10)을 위한 보유체(9)들에는 반경방향 안쪽으로 향하여 있는 돌출부 형태의 어깨부(shoulder)(30)가 제공될 수 있다. 이 어깨부(30), 보다 정확하게는, 그 어깨부에 부착된 노브(knob)형 지지체는 베이스체(1)를 회전시켜 베이스체(1)의 기저판(5)이 위로 향하게 된 때 웨이퍼형 물품을 위한 지지체로서 사용된다.
안내 홈(13)내에서 반경방향으로 이동할 수 있는 가이드체(guide body)(12)가 안내 봉(8)의 반경방향 내측 단부에 부착되어 있다. 가이드체(12)를 위한 안내 홈(13)은, 대략 반경방향으로 연장하고 베이스체(1)의 기저판(5)상에 안쪽으로 돌출하도록 성형되어 있는 2개의 벽(15, 16)에 의해 형성되어 있다.
도 1의 오른쪽에 도시된 준비 위치로부터 반경방향 바깥쪽으로 그리핑 클로(2)들을 밀기 위한 전개(展開) 수단(20)이 제공되어 있다. 상기 준비 위치에서는, 그리핑 클로(2)들이 스프링(도시되지 않음)(이 스프링은 특허청구범위 제1항에 기재된 탄성 수단에 대응하는 것으로, 예를 들어, 안내 봉(8) 위에 배치된 나선 압축 스프링, 또는 가이드체(12)의 외면(17) 둘레에 배치된 환형의 나선 스프링 또는 탄성 고무 밴드일 수 있다)에 의해 반경방향 안쪽으로 밀어붙여져 있다. 그리핑 클로(2)를 반경방향 안쪽으로 밀어붙이는 상기 스프링 수단은, 그리핑 클로를 반경방향 안쪽으로 밀어붙이도록 작용하는 공기압 스프링일 수도 있다.
도시된 실시예에서는, 전개 수단(20)이 원추형의 자켓(jacket) 면(22)을 가진 전개체(21)로 구성되어 있고, 상기 원추형의 자켓 면(22)은 가이드체(12)상에 자유롭게 회전하도록 지지된 롤러(18)를 통해 가이드체(12)에 작용하고, 따라서, 안내 봉(8)을 통해 그리핑 클로(2)에 작용하게 된다. 전개체(21)를 작동시키기 위해, 전개체(21)에 연결된 피스톤 로드(25)를 구비한 공기압 모터(24)(바람직하게는, 공기압 실린더)가 베이스체(1)의 커버(4)의 연장부(23) 내에 수용되어 있다.
표면에, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼가 배치된 웨이퍼형 물품을 본 발명에 따른 그리퍼로 보유하는 경우, 먼저, 공기압 모터(24)가 작동되어, 전개체(21)가 기저판(5)의 안쪽에 접촉할 때까지 전개체(21)를 아래로 이동시킨다(도 1의 왼쪽). 그리하여, 그리핑 클로(2)들은 반경방향으로 가장 바깥쪽의 위치에 있게 된다. 이 시점에서, 그리퍼는 그리핑 클로(2)들의 핀(10)들이 보유될 웨이퍼형 물품의 외측 둘레에 인접하여 배치되는 위치로 수동으로 또는 로봇에 의해 이동된다. 그 다음, 전개체(21)가 상방으로 이동되어, 핀(10)들이 웨이퍼형 물품의 외측 둘레에 접촉하게 한다.
웨이퍼형 물품이 베이스체 상에 편평하게 놓여 있을 때 붙잡음(그리핑)이 신뢰성 있게 일어난다. 이것은 핀(10)의 자유 단부에 있는 플랜지(11)가 비스듬하게 위쪽으로 향하는 상부 가장자리 표면(11')(원추형 자켓 형태의)을 가지고 있기 때문이다. 핀(10)들이 안쪽으로 이동할 때, 핀(10)들이 웨이퍼형 물품의 외측 둘레에 밀착할 때까지 그 웨이퍼형 물품이 플랜지(11)의 비스듬한 상부 가장자리 표면(11') 위에서 상방으로 미끄러지기 때문에 그 웨이퍼형 물품이 들어올려진다.
웨이퍼형 물품이 정확하게 원형이 아닌 물품인 경우에는, 그리핑 클로(2)들 중 일부는 그 물품의 외측 둘레에 밀착하지 않는다.
본 발명에 따른 그리퍼에서, 전개 수단(20)은, 도시된 실시예와 관계없이, 웨이퍼형 물품을 보유하기 전에 그리핑 클로(2)들을 외측으로 (반경방향으로) 이동시키는데 사용될 뿐만 아니라, 개개의 그리핑 클로(2)가 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 (반경방향으로) 이동하는 것(이것이 WO 95/11518호에 공지된 그리퍼에서는 일어날 수 있다)을 방지하는데 사용되도록 되어 있다.
도시된 실시예에서는, 이것이, 전개 수단(20)의 전개체(21)에 공기압 모터(24) 뿐만 아니라 스프링(26)도 제공함으로써 행해진다. 공기압 모터(24)에 공기압이 가해지지 않을 때는, 스프링(26)이 전개체(21)를 그리핑 클로(2)에 대하여 유지시킨다. 그리핑 클로(2)에 대한 전개체(21)의 유지는, 전개체(21)가 도시된 실시예에서와 같이 그리핑 클로(2)의 롤러(18)에 밀착하여 유지되는 것이든 또는 안내 봉(8)의 가이드체(12)에 밀착하여 유지되는 것이든 또는 안내 봉(8)에 밀착하여 유지되는 것이든 또는 그리핑 클로(2)에 연결된 어떤 다른 부품에 밀착하여 유지되는 것이든, 어느 경우라도 상관없다.
전개체(21)에 부하를 가하는 스프링(26)은 도시된 바와 같이 나선 압축 스프링일 수 있다. 그러나, 전개체(21)를 그리핑 클로(2) 또는 그 클로에 연결된 부품, 예를 들어, 롤러(18)에 대하여 접촉하여 유지시키는, 예를 들어, 공기압 스프링과 같은 다른 스프링을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 전개체(21)를 작동시키는, 예를 들어, 공기압 실린더인 공기압 모터(24)가 그 모터에 저압을 가함으로써 공기압 스프링으로서 사용되는 실시형태도 예상될 수 있다.
전개체(21)를 그리핑 클로(2) 또는 그 클로에 연결된 부품에 대하여 접촉하여 유지시키기 위해 전개체(21)에 작용하는 스프링력은, 전개체(21)에 제공된 스프링(26)이, 그리핑 클로(2)를 안쪽으로 밀어붙이는 스프링의 작동 하에 있는 그리핑 클로(2)가 더 이상 안쪽으로 이동하지 못하게 할 정도의 큰 힘을 그리핑 클로(2)에 가할 만큼 크지 않는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 그리퍼에 의한 웨이퍼형 물품의 확고한 그리핑이 가능하지 않게 되기 때문이다.
도시된 실시예의 그리핑 클로(2)들이 원추형의 전개체(21)를 구비한 전개 수단(20)에 의해 서로 연결되어, 개개의 그리핑 클로(2)가 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 (반경방향으로) 이동할 수 없게 되어 있는, 본 발명에 따른 그리퍼의 구조에 의해, 웨이퍼형 물품이 정확한 원형이 아닌 외형을 가지더라도 웨이퍼형 물품이 항상 재현 가능한 정해진 위치에서 특히 그리퍼의 축선(14)에 동심으로 그리퍼에 보유되는 것이 보장된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예는 아래와 같이 요약하여 설명될 수 있다.
웨이퍼형 물품(실리콘 웨이퍼)용 그리퍼는 반경방향으로 조절 가능한 다수의 그리핑 클로(2)를 가지고 있다. 그 그리핑 클로(2)들은 웨이퍼형 물품을 보유할 때 그리핑 클로들이 그 물품의 외측 가장자리에 밀착하도록 스프링들에 의해 부하를 받고 있다.
그리핑 클로(2)들을 외측으로 이동시키기 위해, 원추형의 전개체(21)를 구비한 전개 수단(20)이 제공되어 있다. 또한, 그리핑 클로(2)들은 그 클로들이 개별적으로 안쪽으로 이동할 수 없고 또한 개개의 그리핑 클로(2)가 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 이동할 수 없도록 서로 연결되어 있다. 이것은, 예를 들어, 전개체(21)를 그리핑 클로(2)에 연결된 부품, 예를 들어, 롤러(18)에 대하여 계속적으로 접촉하여 유지시키는 스프링(26)에 의해 전개체(21)에 부하를 부여함으로써 달성된다. 이것에 의해, 개개의 그리핑 클로(2)가 다른 그리핑 클로(2)보다 더 안쪽으로 반경방향으로 이동하는 것이 신뢰성 있게 방지된다.
본 발명에 의하면, 웨이퍼형 물품이 정해진 위치에서 그리퍼에 의해 확실하게 보유될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그리퍼의 수직 단면도로서, 도 1의 오른쪽 절반은 그리핑 클로(gripping claw)가 반경방향 안쪽으로 이동된 것을 나타내고, 도 1의 왼쪽 절반은 그리핑 클로가 전개(展開) 수단에 의해 반경방향 바깥쪽으로 이동된 것을 나타낸다.
도 2는 하우징 커버가 제거된 상태의 그리퍼의 평면도이다.

Claims (6)

  1. 대체로 원형의 외측 둘레를 가지는 반도체 웨이퍼형 물품을 붙잡기 위한 그리퍼(gripper)로서, 베이스체(base body)와, 그 베이스체에 대하여 반경방향 안쪽 및 바깥쪽으로 이동할 수 있도록 상기 베이스체에 이동 가능하게 배치된 다수의 그리핑 클로(gripping claw)와, 상기 베이스체 쪽으로 반경방향 안쪽으로 상기 그리핑 클로를 밀어붙이는 탄성 수단, 및 그 탄성 수단의 밀어붙임에 대항하여 반경방향 바깥쪽으로 상기 그리핑 클로들을 밀어붙이는 전개(展開) 수단으로서, 상기 그리핑 클로의 이동방향에 수직인 축선을 따라 이동할 수 있고, 상기 그리핑 클로들에 작용하고 개개의 그리핑 클로가 다른 그리핑 클로보다 더 안쪽으로 반경방향 이동하는 것을 방지하도록 된 원추형 자켓 면을 가지는 전개체를 포함하는 전개 수단을 구비한 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼에 있어서,
    상기 전개체는 스프링 수단에 의해 상기 전개체의 상기 원추형 자켓 면이 상기 그리핑 클로들에 접촉하도록 유지되어 있고, 상기 그리핑 클로들의 이동방향으로 작용하도록 상기 스프링 수단에 의해 가해지는 힘이 상기 베이스체 쪽으로 반경방향 안쪽으로 상기 그리핑 클로를 밀어붙이는 상기 탄성 수단에 의해 가해지는 힘보다 작게 되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전개체의 상기 원추형 자켓 면이, 상기 스프링 수단에 의해, 상기 그리핑 클로들에 연결된 부품에 접촉하여 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전개체의 상기 원추형 자켓 면이, 상기 스프링 수단에 의해, 상기 그리핑 클로들의 안내 봉을 위한 가이드체(guide body)에 배치된 롤러에 접촉하여 유지되는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전개체의 상기 원추형 자켓 면이 개개의 그리핑 클로에 연결된 가이드체를 통해 상기 그리핑 클로들에 작용하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링 수단이 나선 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 스프링 수단이 피스톤 로드를 가진 공기압 실린더를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 웨이퍼형 물품용 그리퍼.
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