KR20010030407A

KR20010030407A - 반도체 처리 장치용 다중면 로봇 블레이드

Info

Publication number: KR20010030407A
Application number: KR1020000054286A
Authority: KR
Inventors: 아룰쿠라마르 샨무가선드램; 마이클피. 카라짐
Original assignee: 조셉 제이. 스위니; 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 1999-09-16
Filing date: 2000-09-15
Publication date: 2001-04-16
Also published as: US6648588B2; EP1085558A3; EP1085558A2; US6481951B1; JP2001127139A; TW473787B; JP4596619B2; US20030053903A1

Abstract

일반적으로, 본 발명은 다중면 로봇 블레이드의 2 이상의 면 상에 기판을 지지할 수 있는 다중면 로봇 블레이드를 포함하는 로봇 조립체를 구비하는 처리 시스템과, 처리 시스템에 하나 이상의 기판을 이송하기 위한 관련된 발명을 제공한다. 비처리 기판이 전달되게 되는 위치로부터 처리된 기판이 회수되는 동안 비처리 기판이 블레이드 상에서 지지될 수 있다. 처리된 기판과 비처리 기판을 교환하기 위한 로봇에 의해 요구된 이동을 줄임으로써 처리 효율을 증가시켜 스왑 시간을 감소시킬수 있다.

Description

반도체 처리 장치용 다중면 로봇 블레이드{MULTIPLE SIDED ROBOT BLADE FOR SEMICONDUCTOR PROCESSING EQUIPMENT}

본 발명은 처리 시스템의 대상을 이송하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 하나 이상의 기판을 지지할 수 있는 다면 로봇 블레이드를 구비하는 로봇 조립체에 관한 것이다.

현대의 반도체 처리 시스템은 전형적으로 로봇을 이용하여 일련의 처리 챔버 또는 엔클로저(enclosures) 사이에 기판을 이동시킴으로써 다수의 기판을 처리한다. 기판의 처리 효율을 증가시키기 위하여, 기판이 시스템으로 이동하는 속도를 증가시킨다. 그러나, 속도를 증가시킴으로써 기판 처리 시스템이 복잡하게 된다. 로봇을 이용하여 처리 챔버 사이 또는 엔클로저 사이에 기판이 이동함에 따라, 기판 또는 기판 상에 형성된 박막을 손상시키지 않기 위해 정밀한 이동이 요구되기 때문에, 속도를 증가시킴으로써 반복성을 유지하는데 요구되는 허용 오차가 감소되었다.

기판 처리에 이용된 시스템의 한 방식은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템이며, 상기 시스템은 높은 지형, 표면 결함, 스크래치(scratches), 또는 깊이 박힌 입자를 제거하도록 기판 표면을 폴리싱하는데 이용된다. 도 1은 본 명세성서 참증으로서 첨부된 미국특허 제 5,738,574 호에 공개되어, 미국 캘리포니아 산타클라라(US, California, Santa Clara)의 "어플라이드 머티어리얼스 인코포레이티드(Applied Materials, Inc.)"가 제조한 미라^ⓡ(Mirra^ⓡ) CMP 시스템으로 알려져 있는 하나의 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템의 개략 사시도이다. 시스템(2)은 로드 스테이션(loading station)(4)과, 폴리싱 및/또는 폴리싱 스테이션 내에 배치된 린싱 패드(rinsing pads)(8)를 구비하는 3 개의 폴리싱 스테이션(6)을 포함한다. 이러한 스테이션 상에는 4 개의 폴리싱 헤드를 구비한 회전가능한 다중 헤드(multi-head) 회전식 원형 콘베이어(carousel)(10)가 장착되어 스테이션으로부터 스테이션으로 헤드를 인덱스(index)한다. 전단 기판 이송 영역(14)이 분리된 구성 요소일 수도 있지만, 로드 스테이션(4)은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템에 인접하여 설치된 전단 기판 이송 영역(14)에 의해 제공되며, 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템의 일부분으로서 간주된다. 이러한 로드 스테이션(4)은 폴리싱 스테이션(6)의 처리 이전 및 이후에, 오버헤드 트랙 로봇(overhead track robot)(16)에 의한 전달에 후속하여 기판이 지지되는 축받이(pedestal)(16)를 포함한다. 수직으로 정열된 기판(20)은 로드 탱크(24)의 유체에 설치된 카세트(cassette)(22)에 지지된다.

일반적으로, 오버헤드 트랙 로봇(18)은 쇼울더(shoulder)로서 공지된, 하향으로 연장하는 블레이드 지지 암(blade support arm)(28)을 포함한다. 전형적으로 리스트(wrist)라는 피벗 조인트(pivot joint)(30)로 블레이드 지지 암에 블레이드(26)가 고정된다. 오버헤드 트랙 로봇(18)은 시스템의 전방을 가로질러 X축 을 따라 직선 방향, Z축을 따라 수직방향, 및 Z축에 대하여 회전방향의 3 방향으로 블레이드 지지 암을 작동시킬 수 있다. 또한, 블레이드(26)는 거의 수평위치 및 거의 수직 위치 사이에서 피벗 조인트(30)에 대하여 회전할 수 있다. 전형적으로 이러한 블레이드(26)는 시스템(2) 내에 기판이 이송되는 동안 블레이드에 기판을 유지하는 진공 포트(도시 안함)를 포함한다.

도 2는 로봇 구성 요소를 상세히 나타내는 오버헤드 트랙 로봇(18)의 개략 단면도이다. 블레이드 지지 암(28)은 캐리지(carriage)(32) 아래 수직으로 설치된다. 이러한 캐리지(32)는 2 시이브(sheaves)(36,38) 사이에 지지되는 구동 벨트(34)에 고정된다. 워엄 기어(worm gear)(42)를 구비하는 모터(40)는 캐리지(32) 상에 장착되어 블레이드 지지 암(28)에 장착된 메이팅 기어(mating gear)(44)와 결합된다. 블레이드 지지 암(28)은 피벗 조인트(30)에 연결되는 지지 칼럼(support column)(60)을 지지한다. 이러한 피벗 조인트(30)는 블레이드 지지 암(28)에 연결되는 제 1 부분(46), 블레이드(26)에 연결되는 제 2 부분(48), 및 피벗 조인트(30)의 제 2 부분(48)과 함께 제 1 부분(46)에 피벗가능하게 연결되는 피벗 요소를 포함한다. 피벗 조인트(30)는 수직 및 수평 위치 사이에 피벗 축(52)에서 블레이드(26)가 회전하게 한다. 이러한 블레이드(26)는 단일면 블레이드이다. 즉, 블레이드는 여러 스테이션으로부터 스테이션으로 기판(20)이 회수 및 전달되는 동안 기판을 지지하는데 이용되는 하나의 기판 지지 면을 가진다. 캐리지(32)는 지지 칼럼(60)에 고정된 워엄 너트(worm nut)(58)를 통과하는 워엄 기어(56)를 구비하는 모터(54)를 수용한다. 블레이드 지지 암(28)은 구동 샤프트(64) 및 워엄 기어(66)에 고정되는 모터(62)를 수용한다. 워엄 기어(66)는 피벗 조인트(30) 상의 메이팅 기어(68)와 결합된다. 블레이드(26)는 스크류(도시 안함)에 의해 피벗 조인트(30)에 고정된다.

모터(40)가 블레이드 지지 암(28)에 연결된 메이팅 기어(44)를 차례로 회전시키는 워엄 기어(42)를 회전시키는 경우, 블레이드 지지 암(28)은 Z축(70)에 대하여 회전한다. 종래의 시스템에서, 더 단축된 블레이드를 이용가능하게 하도록 피벗축(52)은 Z축(70)으로부터 옵셋(offset)되며, 결과적으로 기판(20)의 전달 및 회수 중 시스템(2)에 수평으로 연장되는 경우 블레이드의 휨이 감소된다. 모터(54)가 워엄 기어(56)를 회전시킴에 따라 워엄 너트(58)는 워엄 기어(56) 상에서 상승 및 하강하며, 따라서 워엄 너트(58)에 고정된 지지 칼럼(60)을 상승 및 하강시킨다. 피벗축(52)에 대하여 피벗 조인트(30)를 회전시키기 위해, 모터(62)는 구동 샤프트(64)를 회전시켜서 워엄 기어(66)를 회전시킨다. 워엄 기어(66)가 회전함에 따라 메이팅(68) 기어가 회전하게 되고, 따라서 피벗 조인트(30)의 제 2 부분(48)과 피벗 조인트(30)의 제 2 부분(48)에 고정된 블레이드(26)가 회전된다.

전형적으로, 시스템(2) 내에 기판(20)을 로딩할 때, 오버헤드 트랙 로봇(18)이 수직 위치 내에서 블레이드(26)를 회전시키고, 기판(20)과 블레이드(26)를 정렬시키며, 기판(20)과 인접한 위치 내에 있는 블레이드(26)를 하강시키고, 블레이드(26)의 기판 지지면 상의 기판(20)을 진공 척에 끼운다. 블레이드 상의 포트에 제공된 진공은 블레이드(26)의 기판 지지면에 기판(20)을 유지하도록 진공을 제공하여, 블레이드가 상승하는 경우 수직 위치로 블레이드에 의해 기판이 지속하여 유지된다. 그 후, 로봇(18)은 거의 수평 위치 내에서 피벗 조인트(30)에 대하여 블레이드(26)를 회전시키며, 로드 스테이션(4)을 향하여 X방향으로 이동하여 Z축(70)에 대하여 블레이드를 회전시키고, 블레이드를 로드 스테이션(4)과 정렬시키며, 로드 스테이션으로 기판을 전달한다. 로드 스테이션 축받이(16)는 기판(20)과 결합하도록 상승되고, 블레이드(26) 아래 기판을 하향시켜서 블레이드(26)가 로드 스테이션(4) 외부로 진행한다. 헤드(12) 중 하나는 축받이(16) 위에 인덱스되고, 축받이(16)는 헤드와 접촉하여 기판(20)을 상승시키며, 헤드는 기판을 척으로 고정하고 처리를 위한 폴리싱 스테이션(6)으로 인덱스한다. 처리된 기판을 회수하기 위해 로봇(18)이 로드 스테이션(4)으로 로봇 블레이드(26)를 정렬시키고, 처리된 기판을 회수하여 로드 탱크(24)에 있는 언로드 위치(unload position) 내로 되돌려 X축을 통과하고, 로드 탱크(24)로 기판(20)을 되돌아오게 한다. 이 후, 로봇은 다른 비처리 기판을 로드하여 로드 스테이션(4)으로 기판을 전달한다.

이러한 종래 구성 및 공정의 한가지 문제점은 처리 기판을 제거한 후 비처리된 기판을 회수하기 위해 기다리는 동안 시스템이 비작동될 수도 있다. 처리된 기판과 비처리된 기판 사이에 로봇이 순환하는데 필요한 시간을 전형적으로 "스왑(swap)" 시간이라 한다. 도 1에 나타낸 시스템에서, 스왑 시간은 로드 탱크의 처리된 기판을 회수하고 제자리에 위치시키고 비처리된 기판을 로드 스테이션으로 회수하고 전달하는 시간을 포함한다.

시스템에서 처리하기 위해 처리된 기판을 픽업하고 비처리된 기판을 위치시키는데 필요한 스왑 시간을 감소시키는 시스템 및 방법이 요구된다.

일반적으로, 본 발명은 다중면 로봇 블레이드의 2 이상의 면 상에 기판을 지지할 수 있는 다중면 로봇 블레이드를 포함하는 로봇 조립체를 구비하는 처리 시스템과, 처리 시스템에 하나 이상의 기판을 이송하기 위한 관련된 발명을 제공한다. 비처리 기판이 전달되는 위치로부터 처리된 기판이 회수되는 동안 비처리 기판이 블레이드 상에서 지지될 수 있다. 처리된 기판과 비처리 기판을 교환하기 위한 로봇에 의해 요구된 이동을 줄임으로써 처리 효율을 증가시켜 스왑 시간을 감소시킬수 있다.

도 1은 종래의 처리 시스템을 나타내는 개략사시도이다.

도 2는 블레이드 지지 암 및 로봇 블레이드를 구비하는 종래의 트랙 로봇을 나타내는 개략단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 로봇의 일실시예를 나타내는 개략단면도이다.

도 4a는 로봇 블레이드의 일실시예를 나타내는 개략평면도이다.

도 4b는 도 4a의 로봇 블레이드를 나타내는 개략저면도이다.

도 4c는 도 4a의 세로 채널을 나타내는 블레이드의 개략단면도이다.

도 4d는 도 4a의 가로 채널을 나타내는 블레이드의 개략단면도이다.

도 4e는 도 4a의 로봇 블레이드를 나타내는 개략측면도이다.

도 5는 본 발명의 로봇의 다른 실시예를 나타내는 개략단면도이다.

도 6은 제 1 위치 위에 제 1 기판을 구비하는 수직 위치의 블레이드를 가지는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 7은 제 1 기판과 함께 거의 수평 위치로 회전된 블레이드를 구비하는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 8은 제 1 및 제 2 기판 지지면 상에 제 1 및 제 2 기판을 지지하는 블레이드를 구비하는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 9는 도 8에 참조된 위치로부터 피벗 조인트에 대하여 회전된 블레이드를 구비하는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 10은 제 1 축에 대하여 회전된 블레이드를 가지는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 11은 제 2 기판을 지지하는 동안 제 2 위치 내에 언로딩된 제 1 기판이 있는 블레이드를 구비하는 로봇을 나타내는 개략측면도이다.

도 12는 제 1 위치 위에 제 2 기판을 가지며 수직 위치에 블레이드를 구비하는 로봇을 나타내는 개략측면도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2 ; 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템 4 ; 로드 스테이션

6 ; 폴리싱 스테이션 14 ; 기판 이송 영역

24 ; 로드 탱크 72 ; 오버헤드 트랙 로봇

74 ; 캐리지 76 ; 구동 벨트

82 ; 블레이드 지지 암 84 ; 지지 칼럼

86 ; 피벗 조인트 88 ; 제 1 부분

90 ; 제 2 부분 94 ; 로봇 블레이드

96,98 ; 기판 지지면 100 ; 제 1 축

102 ; 피벗 축 106 ; 수직 위치

108 ; 수평 위치 110,116,122 ; 모터

112 ; 워엄 드라이브 114 ; 워엄 너트

118,126 ; 워엄 기어 124 ; 구동 샤프트

132 ; 중간부 134,136 ; 단부

138 ; 관통공 140,144 ; 세로 채널

142,146 ; 가로 채널 148,150 ; 커버

152,154 ; 가스킷 160,162 ; 호스

164,166,176,180, ; 포트 170,174 ; 밸브

168,172 ; 센서

한 가지 양상에서, 본 발명은 엔클로저, 엔클로저 내에 적어도 부분적으로 설치된 로봇, 및 로봇에 고정되어 다중면 로봇 블레이드의 2 이상의 면 위에 기판을 유지하도록 개조된 다중면 로봇 블레이드를 포함하는 기판 처리 시스템을 제공한다. 이러한 로봇은 구동 매카니즘에 연결된 블레이드 지지부, 블레이드 지지 암에 연결된 피벗 조인트, 피벗 조인트에 연결된 2면 블레이드, 및 관련 액추에이터 및 제어기를 포함한다. 다른 양상에서, 본 발명은 블레이드의 반대면 상에 제 1 및 제 2 기판 지지면을 포함하는 기판 처리 시스템을 제공한다.

다른 양상에서, 본 발명은, 로봇 블레이드의 제 1 기판 지지면 상에 제 1 기판을 지지하는 단계, 시스템으로부터 로봇 블레이드의 제 2 기판 지지면 상에 제 2 기판을 회수하는 단계, 및 제 2 기판 지지면 상에 제 2 기판을 지지하는 동안, 시스템으로 제 1 기판 지지면 상에 지지된 제 1 기판을 전달하는 단계를 포함하는 처리 시스템에서 기판을 이송하는 방법을 제공한다. 다른 양상에서, 본 발명은, 제 1 위치로부터 제 1 기판을 회수하여 로봇 블레이드의 제 1 기판 지지면 상에 제 1 기판을 지지하는 단계, 제 2 위치로부터 제 2 기판을 회수하도록 로봇 블레이드를 위치시키는 단계, 제 2 위치로부터 제 2 기판을 회수하여 블레이드의 제 2 기판 지지면 상에 제 2 기판을 지지하는 단계, 제 2 위치로 제 1 기판을 전달하는 단계, 및 시스템의 다른 위치로 제 2 기판을 전달하는 단계를 포함하는, 처리 시스템에서 기판을 이송하는 방법을 제공한다.

상술한 본 발명의 특성, 장점 및 목적을 달성하고 상세히 이해할 수 있기 위해, 첨부한 도면에 나타내는 본 발명의 실시예를 참조하여 상기 간단히 요약된 본 발명을 더 구체적 설명한다.

그러나, 첨부한 도면은 본 발명의 전형적인 실시예만을 기술하는 것으로서 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명은 다른 동일 효과의 실시예를 인정할 수도 있음을 주지해야 한다.

일반적으로 본 발명은 로봇 블레이드의 2 이상의 면 상에 복수의 기판을 지지할 수 있는 다중면 로봇 블레이드가 있는 로봇 조립체를 구비하는 처리 시스템을 제공한다. 일반적으로, 이러한 시스템은 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템(2)과 같은 엔클로저, 및 도 3에 나타낸 오버헤드 트랙 로봇(72)과 같은 로봇을 포함한다. 또한, 시스템은 복수의 폴리싱 스테이션(6)에 인접한 로드 스테이션(4)을 포함할 수도 있다. 로드 스테이션(4)에는 복수의 카세트(22)를 구비하는 로드 탱크(24) 위에 있는 기판 이송 영역(14)에 설치된 오버헤드 트랙 로봇(72)에 의해 기판이 제공된다.

도 3은 본 시스템의 로봇(72)의 하나의 실시예를 나타내는 개략단면도이다. 두 시이브(78,80) 사이에 지지되는 구동 벨트(76)에 캐리지(74)가 고정된다. 블레이드 지지 암(82)은 캐리지(74)에 연결되며 캐리지(74) 아래 수직으로 설치된다. 블레이드 지지 암(82)은 피벗 조인트(86)에 연결되는 지지 칼럼(84)을 지지한다. 피벗 조인트(86)는 블레이드 지지 암(82)에 연결된 제 1 부분(88), 다중면 로봇 블레이드(94)에 연결된 제 2 부분(90), 및 피벗 조인트(86)의 제 2 부분(90)과 함께 제 1 부분(88)에 피벗가능하게 연결되는 피벗 요소(92)를 포함한다. 하나 이상의 기판을 지지하기 위해 로봇 블레이드(94)는 2 이상의 기판 지지면(96,98)을 포함한다. 제 1 위치로부터 제 2 위치까지 이동할 때 블레이드를 보조하기 위해, 블레이드 지지 암(82)은 제 1 축(100)에 대하여 적어도 180도 이상 회전할 수 있다. 피벗 축(102)을 구비하는 피벗 조인트(86)는 제 1 수평 위치(104)로부터 수직 위치(106)를 통하여 적어도 제 2 수평 위치(108)까지 블레이드가 적어도 180도 회전할 수 있게 한다. 캐리지(74)는 지지 칼럼(84)에 고정된 워엄 너트(114)를 관통하는 워엄 구동(112)을 구비하는 모터(110)를 수용한다. 이러한 캐리지(74)는 워엄 기어(118)를 구비하는 모터(116)에 연결된다. 워엄 기어(118)는 블레이드 지지 웜(82)에 연결되는 메이팅 기어(120)와 결합된다. 블레이드 지지 암(82)은 구동 샤프트(124)와 워엄 기어(126)에 고정되는 모터(122)를 수용한다. 워엄 기어(126)는 피벗 조인트(86)의 제 2 부분(90)에 연결된 메이팅 기어(128)와 결합한다.

블레이드 지지 암(82)에 연결된 메이팅 기어(120)를 차례로 회전시키는 워엄 기어(118)를 모터가(116)가 회전시키는 경우, 블레이드 지지 암(82)은 제 1 축(100)에 대하여 회전한다. 지지 칼럼(84)을 상승시키고 하강시키도록 모터(110)가 워엄 기어(112)를 회전시킨다. 워엄 너트(114)는 워엄 기어(112) 상에서 상승 및 하강하며, 따라서 워엄 기어(112)에 고정된 지지 칼럼(84)을 상승 및 하강시킨다. 피벗 축(102)에 대하여 피벗 조인트(86)를 회전시키기 위해, 모터(122)는 워엄 기어(126)를 회전시키는 구동 샤프트(124)를 회전시킨다. 워엄 기어(126)는 피벗 조인트(86)의 제 2 부분(90)에 연결되는 메이팅 기어(128)와 피벗 조인트(86)의 제 2 부분에 연결된 블레이드를 회전시킨다.

도 3의 실시예에서, 수직 제 1 축(100)은 수평 피벗 축(102)과 거의 가로 방향으로 배열되어 제 1 축이 피벗 축과 거의 교차한다. 블레이드(94)가 제 1 축(100) 및 피벗 축(102)에 대하여 회전하는 경우, 축의 교차는 제 1 기판 지지면(96)이 제 2 기판 지지면(98)과 대칭으로 정렬되도록 한다. 예컨대, 도 3에 기술한 실시예에서, 제 1 기판 지지면(96)은 상향으로 배치되고, 제 2 기판 지지면(98)은 위치(104)에서 하향으로 배치된다. 블레이드(94)는 수직 위치(106)를 통하여 제 2 수평 위치(108)로 피벗 축(102)에 대하여 적어도 180도 회전할 수 있으며, 제 1 기판 지지면(96)은 하향으로 배치되고 제 2 기판 지지면(98)은 상향으로 배치된다. 블레이드(94)는 또한 제 1 축(100)에 대하여 적어도 180도 회전할 수 있어서 위치(104)를 되돌아오지만, 제 1 기판 지지면(96)이 하향으로 배치되고 제 2 기판 지지면(98)이 상향으로 배치되면 본래 상대 위치와 반대로 된다. 따라서, 블레이드(94)는 양 축(100,102)에 대하여 회전할 수 있고 제 1 및 제 2 기판 지지면(96,98)의 기판 위치 사이에 대칭을 유지한다. 양 축 (100,102)의 실질적인 교차는 제 1 기판의 위치에 제 2 기판을 재위치하기에 적어도 충분하고, 기판의 위치를 교환할 수 있는 장치의 일반적인 제조와 위치 오차를 만족하도록 유지하기에 충분히 대칭이다. 어떤 실시예에서, 축이 정렬되지 않으면, 로봇(72)은 예컨대 위치 상대 이동에 대해 제어기(130)를 프로그래밍함으로써 상대적 차이를 보충할 수 있다.

도 4a 및 도 4b를 참조하여 블레이드(94)를 설명한다. 도 4a는 블레이드(94)의 개략평면도이고, 도 4b는 블레이드의 평면도와 같은 유사한 구성 요소를 나타내는, 블레이드(94)의 개략저면도이다. 블레이드(94)는 제 1 기판 지지면(96) 및 제 2 기판 지지면(98)을 구비하며, 스테인레스 강으로 이루어지는 것이 바람직한 연장된 얇은 부재이다. 이러한 블레이드(94)는 알루미늄, 탄화 실리콘, 또는 다른 세라믹 또는 세라믹의 혼합물과 같은 다른 물질로 이루어질 수 있다. 블레이드(94)는 두 단부(134,136) 사이에 두 단부보다 더 좁은 두께인 중간부(intermediate section)(132)를 가질 수 있다. 블레이드(94)는 관통공(138)에 배치된 스크류(도시 안함)에 의해 피벗 조인트(86)에 고정된다. 제 1 기판 지지면(96)은 블레이드(94)의 길이을 따라 정렬된 세로 채널(140)과 가로 채널(142)을 한정하고, 세로 채널(140)은 가로 채널(142)과 교차한다. 유사하게, 제 2 기판 지지면(98)은 세로 채널(144) 및 가로 채널(146)을 한정하고, 세로 채널(144)은 가로 채널(146)과 교차한다. 제 1 기판 지지면(96) 상의 세로 채널(140) 및 가로 채널(142)은 제 2 기판 지지면(98) 상의 세로 채널(144) 및 가로 채널(146)과 고립된다. 이러한 채널(140,142,144,146)은 특별 공정에서 특별 기판을 지지하는데 필요한 임의의 형상과 크기일 수 있다. 각각의 세로 채널(140,144)은 커버(148,150)에 의해 밀봉가능하게 각각 덮여서, 세로 채널이 가로 채널과 밀봉가능하게 연통하도록 한다. 예컨대 채널에 적용된 진공을 통하여 기판 지지면에 의해 기판이 지지되면, 기판과 각각의 기판 지지면 사이에 밀봉을 보조하기 위해 가로 채널(142,146)에 인접하여 블레이드(94)에 가스킷(gaskets)(152,154)이 부착된다.

피벗 조인트(86)의 제 2 부분(90)은 호스(hoses)(160,162)의 한 말단에 연결되는 2 이상의 독립 포트(ports)(156,158)를 구비하는 것이 바람직하다. 또한 포트(156)는 채널(140)과 유체가 흐를 수 있도록 연통하는 블레이드(94) 상에 포트(164)와 연결된다. 유사하게, 포트(158)는 채널(144)과 유체가 흐를 수 있도록 연통하는 블레이드(94) 상에 포트(166)과 연결된다. 호스(160)의 다른 말단은 피벗 조인트(86)를 지나서 블레이드 지지 암(82)을 따라 상향으로 압력 센서(168) 및 밸브(170)로 안내된다. 유사하게, 호수(162)의 다른 말단은 피벗 조인트(86)를 지나서 블레이드 지지 암(82)을 따라 상향으로 압력 센서(172) 및 밸브(174)로 안내된다. 이러한 밸브(170,174)는 로봇(72) 상에 장착될 수 있고 제어기(130)에 의해 제어된다. 밸브(170,174)는 3 포트를 구비하는 3 방향 밸브인 것이 바람직하다. 밸브(170)에서, 제 1 포트(176)는 압력원(178)에 연결되고, 제 2 포트(180)는 진공 공급원(182)에 연결되며, 제 3 포트(184)는 센서(168) 및 호스(160)에 유동적으로 연통하도록 연결된다. 유사하게, 밸브(174)에서, 제 1 포트(186)는 압력원(178)에 연결되고, 제 2 포트(188)는 진공 공급원(182)에 연결되며, 제 3 포트(190)는 센서(172) 및 호스(162)와 유동적으로 연통하도록 연결된다.

포트(164,166)는 2 이상의 기판의 독립적 배치를 가능하게 한다. 다른 실시예에서, 하나의 기판이 한 쪽편에 릴리스(release)되면 다른 편 상의 다른 기판은 진공으로부터 릴리스 되도록, 단일 포트, 또는 서로 연결된 복수 포트가 이용될 수 있다. 예컨대, 수직 위치에서, 블레이드 하면 기판이 언로드되지 않은 동안 블레이드(94)의 정상부에 있는 기판은 거의 고정되어 유지되도록 중력에 의존할 수 있고, 그 후 블레이드 상에 남아 있는 기판을 지지하기 위해 블레이드(94)에 진공을 재적용한다.

도 4c는 도 4a에 참조된 세로 채널을 나타내는, 블레이드를 관통하는 개략단면도이다. 기판 지지면(96)은 블레이드의 길이로 세로방향으로 정렬된 세로 채널(140)을 포함한다. 세로 채널은 커버(148)로 공기를 압축하여 밀봉하는 것이 바람직하다. 커버(148)는 전자 빔 용접(electron beam welding)과 같은 용접에 의해 블레이드에 고정되는 것이 바람직하고, 또는 못으로 고정, 접착제로 고정 또는 연결될 수 있다. 기판 지지면(98)은 유사하게 배열되고 세로 채널(144)은 커버(150)으로 공기를 압축하여 밀봉되는 것이 바람직하다. 포트(164)는 커버(148)를 통하여 배치되고 채널(140)과 유동가능하게 연결된다. 마찬가지로, 포트(166)는 블레이드(94)를 통하여 배치되고 채널(144)에 유동가능하게 연결된다.

채널(140,144)의 단면적은 호스(160,162)의 단면적과 대략 동일한 것이 바람직하다. 또한, 채널(140,144)는 약 38:1 미만의 높이(H)에 대한 폭(W)의 비를 가지는 것이 바람직하고, 21:1 이하의 높이에 대한 폭의 비는 더 바람직하다.

도 4d는 도 4a에 참조한 가로 채널(142,146)을 나타내는, 블레이드를 통과하는 개략단면도이다. 기판 지지면(96)에서, 세로 채널(140)은 가로 채널(142)과 유동적으로 연결된다. 기판 지지면(98)에서, 세로 채널(144)은 가로채널(146)과 유동적으로 연결된다. 블레이드 웹(blade web)(192)은 세로 채널(140) 및 가로 채널(142)과 세로 채널(144) 및 가로 채널(146)을 고립시킨다. 이와 같이, 채널이 고립됨으로써 각각의 기판(도시 안함) 위에 있는 독립 채널이 각각의 기판 지지면(96,98)을 지지하게 한다.

도 4e는 피벗 조인트(86)에 고정된 블레이드(94)의 측면도이다. 호스(160)는 포트(156)에 연결되고, 호스(162)는 포트(158)에 연결된다. 포트(156)는 블레이드(94) 상의 포트(164)에 연결되고, 포트(158)는 블레이드(94) 상의 포트(166)에 연결되며, 각각의 포트는 블레이드(94) 상에서 상방으로 배치된다. 가스킷(152,154)은 블레이드(94)의 말단을 향하여 배치된다.

블레이드 상에 기판을 지지하는 다른 방법은 정전형 척(electrostatic chucks), 폴리머와 같은 접착성 기판, 및 "그리퍼(grippers)"와 다른 클램프(clamp)와 같은 기계적 장치 등이 이용될 수 있다. 또한, 다중 포트 또는 기판을 지지하는 다른 방법은 하나의 기판 지지면 상에 이용될 수 있다. 예컨대, 하나 이상의 기판이 하나 이상의 기판 지지면 상에 지지된다면, 이 때 각각의 기판은 기판 지지면 상에 지지될 수 있고 독립적으로 릴리스될 수 있다.

도 3 및 도 4a에 나타낸 제어기(130)는 로봇 이동, 회전 및 선형 액추에이터의 기능, 전력 공급장치, 및 다른 연관된 구성 요소와 기능을 제어한다. 일반적으로, 제어기(130)는 프로그램가능한 마이크로프로세서로 이루어지는 것이 바람직하며, 메모리, 바람직하게는 하드 디스크 드라이브에 저장된 시스템 제어 소프트웨어를 실행하고, 아나로그 디지털 입력/출력 보드, 인터페이스 보드(interface boards), 및 스테퍼 모터 제어기 보드(stepper motor controller boards)(도시 안함)를 포함할 수 있다. 제어기(130)는 시스템의 구성 요소에 전력을 제어하며, 작동자가 모니터 할 수 있게 하고 시스템을 작동하는 패널을 포함한다. 광 및/또는 자기 센서(도시 안함)는 일반적으로 이동가능한 기계적 조립체의 위치를 이동하고 결정하는데 이용된다. 제어기(130)는 또한, 압력원(178), 진공 공급원(182) 및 밸브(170,174)와 같은 압력 및 진공 시스템을 조절한다. 블레이드가 로드 탱크(24) 내로 하강하고 블레이드를 회수하게 하며 기판(20)을 지지하는 경우, 진공은 호스(160,162)를 통하여 블레이드(94)로 적용된다. 기판(20)을 지지하는 블레이드의 면에 연결된 특별 센서, 센서(168) 또는 센서(172) 중 어느 하나는 특별면 상에 기판에 대한 진공 성능의 변화를 감지한다. 기판(20)을 지지하지 않는 블레이드(94) 면은 로드 탱크(24)의 유체에 노출되고, 블레이드(94) 면으로부터 채널 내에 다소의 유체가 유입될 수 있다. 유입된 로드 탱크 유체를 가지는 각각의 면에 대한 센서는 각각의 면 상의 기판을 감지하며, 각각의 밸브가 블레이드 상의 각각의 포트를 진공화하는 밸브 제 2 포트로부터 블레이드 상의 각각의 포트에 유체를 가압하는 밸브 제 1 포트로 전환된다. 로드 탱크 유체의 채널을 퍼지(purge) 하기 위해, 가압된 유체는 기판을 지지하지 않는 기판 지지면 상의 채널을 통하여 외부로 유동하여 퍼지 모드를 생성하는 한편, 기판을 지지하는 기판 지지면에 대한 포트는 기판 상에 진공을 유지한다. 제어기(130)는 특별면이 기판을 지지하는 경우를 제외하고 퍼지 모드로 디폴트(default)되는 것이 바람직하다.

도 5는 다중면 블레이드(94)와 연관 구성 요소를 포함하는 로봇의 다른 실시예를 나타내는 개략사시도이다. 본 실시예에서, 로봇 블레이드는 여기에 설명하는 제 1 축(100) 및 피벗 축(102)에 대하여 회전할 수 있을 뿐만 아니라 블레이드 축(194)에 대하여 회전할 수 있다. 피벗 조인트(196)는 블레이드 지지 암(82)에 연결된 제 1 부분(198), 회전가능한 액추에이터(202)에 연결된 제 2 부분(200), 및 피벗 조인트(196)의 제 2 부분(200)과 함께 제 1 부분(198)에 피벗가능하게 연결되는 피벗 요소(204)를 포함한다. 회전가능한 액추에이터(202)는 블레이드(94)에 연결되며, 블레이드 축(194)에 대하여 블레이드를 회전시킬 수 있다. 서보모터(servomotor)와 같은 액추에이터(202)가 직접 블레이드(94)의 회전을 구동하는 것이 바람직하다. 기압 작동(pneumatic actuatin)이 이용된다면, 액추에이터는 전형적인 기압을 가질 수 있다. 도 3을 참조하면, 제어기(30)는 또한 액추에이터를 제어하는데 이용될 수 있다. 광센서와 같은 센서(206)는 블레이드(194)의 위치를 결정하고 제어기(130)에 입력을 제공하기 위해 액추에이터에 연결될 수도 있다. 피벗 조인트(196)는 블레이드(94)가 피벗 축(102)에서 회전하게 한다. 블레이드 지지 암(82)은 또한 제 1 축(100) 주위로 약 180도 회전할 수 있다.

페이스 업(face up) 또는 페이스 다운(face down) 위치에서 제 1 기판 지지면(96) 및 제 2 기판 지지면(98)을 선택적으로 위치시키기 위해, 액추에이터(202)는 블레이드 축(194)에 대하여 블레이드(94)를 회전시킬 수 있다. 상기한 실시예에서, 도 1을 참조하면, 로드 탱크(24) 및 로드 스테이션(4)으로부터 기판을 회수 및 전달하기 위해, 피벗 조인트(196)는 거의 수직 위치로부터 거의 수평 위치로 약 90도 회전될 수 있다. 액추에이터(202)는 페이스 업 및 페이스 다운 위치 사이에서 제 1 및 제 2 기판 지지면과 함께 블레이드(94)를 회전시킬 수 있기 때문에, 피벗 축(102)은 제 1 축(100)과 정렬될 필요가 없고, 피벗 조인트(196)도 적어도 180도에 걸쳐서 피벗 축(102)에 대하여 회전할 필요가 없다.

도 6 내지 도 12는 화학적 기계적 폴리싱(CMP) 시스템의 제 1 위치(214) 및 제 2 위치(216) 사이에서 제 1 기판(210) 및 제 2 기판(212)을 이송하는 작동 시퀀스(operational sequence)를 나타내는 개략측면도이다. 도 6은 로드 탱크(24)위에 수직 위치의 블레이드(94)를 가지는 로봇(72)을 나타내는 개략측면도이다. 작동 중에, 제어기(130)는 로드 스테이션(4)이 기판을 필요로 하거나 또는 필요로 하게 될 것인지를 결정한다. 예컨대, 센서 또는 타이머(도시 안함)를 이용하여 기판이 처리되었는지 처리될 것인지를 결정한다. 제어기(130)는 로봇(72)을 가동시켜서, 로드 탱크(24)로부터 제 1 기판(210)을 회수하도록 거의 수직 위치까지 피벗 조인트(86)에 대하여 블레이드(94)를 회전시킨다. 제 1 기판(210)은 진공 공급원 등에 의해 블레이드(94) 상에 유지된다. 블레이드 지지 암(82)은 로드 탱크(24)를 정화하도록 수직 방향으로 블레이드 지지 암(82) 상에 지지된 기판 및 블레이드(94)를 상승시킨다. 이 후 블레이드(94)는 수평 위치 내로 이동한다.

도 7은 거의 수평 위치까지 회전된 제 1 기판(210)을 지지하는 블레이드(94)를 가지는 로봇(72)의 개략측면도이다. 블레이드(94)는 도 6에 나타낸 위치로부터 약 90도로 피벗 조인트(86)에 대하여 회전했었다. 또한, 로봇(72)은 로드 스테이션(4)에 배치된 제 2 기판(212) 위에 위치까지 블레이드 지지 암(82) 및 블레이드(94)를 이동시켰다. 제 2 기판(212)은 블레이드의 하부면에 인접하여 위치하며 블레이드 하부면에 척으로 고정된다. 이 후, 도 8에 나타낸 바와 같이, 로봇(72)은 로드 스테이션으로부터 접는다.

도 8은 제 1 및 제 2 기판 지지면 상에 제 1 및 제 2 기판을 각각 지지하는 블레이드(94)를 가지는 로봇(72)을 나타내는 개략측면도이다. 기계적 그리퍼 및 접착성 박막과 같은 공지 기술에서 기판을 유지하는 다른 기술이 이용될 수 있지만, 본 실시예에서는 블레이드(94)의 두 기판 지지면은 진공에 의해 기판(210,212)을 지지하는데 이용된다. 이러한 관점에서, 제 1 기판(210)은 블레이드(94) 상의 정상부에 배치하고, 제 2 기판(212)은 블레이드(94) 상의 저부에 배치된다.

이 후, 블레이드(94)는 도 9에 나타낸 바와 같이 피벗 조인트(86) 및 피벗 조인트 축(102)에 대하여 180도 회전된다. 회전의 결과, 두 기판이 "플립(flip)"되어 블레이드(94)의 정상부(210`)에 있었던 제 1 기판(210)이 블레이드의 저부에 재위치 된다. 유사하게, 저부(212`) 위치에 있었던 제 2 기판(212)은 블레이드(94)의 정상부로 재위치된다. 이 후, 도 10에 나타낸 바와 같이 블레이드가 로드 스테이션(4) 내로 재진입하는 위치로 제 1 축(100)에 대하여 180도 회전된다.

그리고, 도 11과 같이, 블레이드(94)는 로드 스테이션(4)으로 이동되고, 제 1 기판(210)은 로드 스테이션(4) 내로 언로딩된다. 제 2 기판(212)은 블레이드 상에 지지된 상태로 있다.

이 후, 도 12에 나타낸 바와 같이 로드 탱크(24)의 개방 위치 위에 제 2 기판(212)을 정렬시키도록, 블레이드가 수평 위치로부터 수직 위치로 이동된다. 선택적으로, 상기 제 2 기판(212)은 검사 장치로 이동될 수 있고, 다른 기판은 검사 장치로부터 회수되어 로드 탱크(24) 내로 로드될 수 있다. 기판 퍼지 시퀀스는 검사 스테이션에서 잘 수행될 수 있다.

블레이드, 기판, 로봇, 로봇 지지 암, 로드 스테이션, 및 다른 시스템 구성 요소는 배향 편차가 발생할 수 있다. 또한, "위(above)", "정상부(top)", "아래(below)", "저부(bottom)", "측부(side)"와 같은 상술한 모든 이동 및 위치는 로봇 블레이드, 기판, 및 제 1 및 제 2 위치와 같은 대상의 위치와 관련된다. 따라서, 처리 시스템을 통하는 기판의 원하는 이동을 달성하기 위해 임의의 또는 모든 구성 요소를 배향하는 것은 본 발명에 의해 의도된 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예를 상술하였지만, 본 발명의 기본 범위를 이탈하지 않고 본 발명의 다른 실시예를 고안할 수도 있으며, 본 발명의 범위는 하기에 설명하는 청구범위에 의해 결정된다.

본 발명에 의한 처리 시스템은 다중면 로봇 블레이드의 2 이상의 면 상에 기판을 지지할 수 있는 다중면 로봇 블레이드를 포함하는 로봇 조립체를 구비하고, 위치로부터 처리된 기판이 회수되고 비처리 기판이 전달되는 동안 비처리 기판이 블레이드 상에서 지지될 수 있으며, 처리된 기판과 비처리 기판을 교환하기 위한 로봇에 의해 요구된 이동을 줄임으로써 처리 효율을 증가시켜 스왑 시간을 감소시킬수 있다.

Claims

엔클로저;

상기 엔클로저 내에 적어도 부분적으로 배치된 로봇; 및

상기 로봇에 고정되며, 적어도 제 1 및 제 2 기판 지지면을 구비하는 로봇 블레이드를 포함하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드는 상기 기판 지지면 상에 배치되며 상기 기판 지지면과 연통하는 하나 이상의 채널을 더 포함하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 하나 이상의 포트를 통하여 상기 채널에 선택적으로 연결된 진공 시스템을 더 포함하는 기판 처리 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드는 제 1 축에 대하여 회전가능한 블레이드 지지 암에 의해 상기 로봇에 결합되는 기판 처리 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드 및 상기 블레이드 지지 암은 피벗 조인트에 의해 연결되는 기판 처리 시스템.
제 4 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드 및 상기 블레이드 지지 암은 회전가능한 액추에이터에 의해 결합되는 기판 처리 시스템.
제 5 항에 있어서, 상기 피벗 조인트의 피벗 축은 상기 블레이드 지지 암의 제 1 축과 거의 교차되는 기판 처리 시스템.
제 7 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드는 상기 피벗 축에 대하여 적어도 약 180도에 걸쳐서 회전하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드는 두 단부와, 상기 두 단부 보다 좁은 폭의 중간부를 포함하는 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 하나 이상의 상기 채널은 38:1 미만의 폭:높이비로 이루어지는 기판 처리 시스템.
제 10 항에 있어서, 상기 채널의 폭:높이비는 약 21:1 이하인 기판 처리 시스템.
제 2 항에 있어서, 하나 이상의 상기 채널의 단면적은 상기 채널에 유동적으로 연결된 호스의 단면적과 거의 동일한 기판 처리 시스템.
로봇 블레이드의 제 1 기판 지지면 상에 제 1 기판을 지지하는 단계;

상기 로봇 블레이드의 제 2 기판 지지면 상에 제 2 기판을 회수하는 단계; 및

상기 기판 지지면 중 하나 위에 지지된 상기 기판 중 하나를 전달하며, 상기 다른 기판 지지면 상에 상기 다른 기판을 지지하는 단계를 포함하는 시스템의 기판을 이송하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 2 기판 지지면 상에 상기 제 2 기판을 지지하는 단계 이전에 상기 제 1 기판 지지면 상에 상기 기판을 지지하는 동안 상기 로봇 블레이드가 회전하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 로봇 상의 제 1 축에 대하여 상기 블레이드가 약 180도 회전하는 단계, 및 피벗 조인트 상의 피벗 축에 대하여 상기 블레이드가 약 180도 회전하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 기판은 제 1 위치를 가지며,

상기 로봇 블레이드가 상기 제 1 축, 및 상기 피벗 축에 대하여 180도 회전하였을 경우, 상기 제 2 기판이 상기 제 1 위치와 정렬되는 단계를 더 포함하는 방법.
제 13 항에 있어서, 상기 제 1 기판 지지면의 위치로 제 2 기판 지지면이 대칭적으로 위치하는 단계를 더 포함하는 방법.
제 15 항에 있어서, 상기 블레이드가 상기 제 1 축 및 피벗 축으로 약 180도 회전했을 경우, 상기 제 1 기판 지지면 상에서의 상기 제 1 기판의 위치가 상기 제 2 기판의 위치와 거의 동일한 방법.
제 13 항에 있어서, 각각의 상기 기판 지지면을 진공 공급원과 연통시키는 방법.
제 1 위치로부터 제 1 기판을 회수하여, 로봇 블레이드의 제 1 기판 지지면 상에 상기 제 1 기판을 지지하는 단계;

제 2 위치로부터 제 2 기판을 회수하도록 상기 로봇 블레이드가 위치하는 단계;

상기 제 2 위치로부터 상기 제 2 기판을 회수하여, 상기 블레이드의 제 2 기판 지지면 상에 상기 제 2 기판을 지지하는 단계;

상기 제 2 위치로 상기 제 1 기판을 전달하는 단계; 및

상기 시스템의 또 다른 위치로 상기 제 2 기판을 전달하는 단계를 포함하는 로봇을 이용하여 시스템 내에 기판을 이송하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 제 2 기판을 전달하는 단계는 상기 제 1 위치에서 상기 제 2 기판을 전달하는 단계를 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서, 상기 제 2 위치로부터 상기 제 2 기판을 회수하도록 상기 로봇 블레이드가 위치하는 단계는 제 1 축에 대하여 상기 블레이드가 회전하는 단계를 포함하는 방법.
제 22 항에 있어서, 상기 제 2 위치로부터 상기 제 2 기판을 회수하도록 상기 로봇 블레이드가 위치하는 단계는 상기 제 2 위치로 상기 블레이드가 정렬되도록 피벗 축에 대하여 블레이드가 회전하는 단계를 포함하는 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 블레이드가 회전하는 단계는 상기 제 1 축 및 상기 피벗축으로 약 180도 회전시키는 단계를 포함하는 방법.
제 20 항에 있어서, 진공 공급원과 기판을 지지하는 각각의 기판 지지면이 연통하는 단계를 더 포함하는 방법.
로봇 블레이드의 제 1 위치에서 제 1 기판 지지면 상에 제 1 기판을 지지하는 단계; 및

피벗 축에 대하여 상기 로봇 블레이드가 회전하여, 제 2 기판 지지면이 제 1 위치와 정렬되도록 상기 피벗 축과 교차하는 세로축에 대하여 상기 로봇 블레이드가 회전하는 단계를 포함하는 시스템의 기판을 이송하는 방법.
제 1 기판 지지면; 및

상기 제 1 기판 지지면에 인접하여 배치된 제 2 기판 지지면을 포함하는 기판 처리 시스템용 로봇 블레이드.
제 27 항에 있어서, 상기 로봇 블레이드는 평면형 블레이드이며, 상기 제 1 기판 지지면은 상기 제 2 기판 지지면으로부터 맞은편 상에 배치되는 로봇 블레이드.
제 27 항에 있어서, 상기 기판 지지면 상에 배치되며, 상기 기판 지지면과 연통하는 하나 이상의 채널을 더 포함하는 로봇 블레이드.
제 27 항에 있어서, 두 단부와, 상기 두 단부보다 좁은 폭의 중간부를 포함하는 로봇 블레이드.
제 29 항에 있어서, 하나 이상의 상기 채널은 약 38:1 미만의 폭:높이비로 이루어지는 로봇 블레이드.
제 31 항에 있어서, 상기 채널의 폭:높이비는 약 21:1 이하인 로봇 블레이드.
제 29 항에 있어서, 하나 이상의 상기 채널의 단면적은 상기 채널에 유동적으로 연결된 호스의 단면적과 대략 동일한 로봇 블레이드.
로봇 블레이드 지지 부재;

상기 블레이드 지지 부재와 결합된 모터; 및

제 1 기판 지지면, 및 상기 제 1 기판 지지면에 인접하여 배치된 제 2 기판 지지면을 포함하며, 상기 블레이드 지지 부재와 결합된 로봇 블레이드를 포함하는 기판 처리 시스템용 로봇.