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KR100479494B1 - 기판 반송 로봇 - Google Patents

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KR100479494B1
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Abstract

본 발명은 기판 반송 로봇에 관한 것으로서, 작업 반경을 좁히고 작업 효율을 높일 수 있도록 수평 축 암 및 핸드의 구조를 개선한 기판 반송 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 높이 조절을 위한 수직 축 암과, 물건을 취부하기 위한 핸드가 직선상을 이동하도록 설치되는 수평 축 암을 구비한다. 수평 축 암은 헤드에 고정 결합되는데, 이 헤드는 수직 축 암의 선단에 회전 가능하도록 설치됨으로써 수평 축 암의 수직 및 수평 상태를 전환한다. 본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 두 개의 핸드를 구비하는데, 이 두 개의 핸드가 수평 축 암에 서로 평행하게 형성되는 두 개의 가이드 레일을 따라 평행 이동하도록 이루어진다.

Description

기판 반송 로봇{BOARD CONVEYANCE ROBOT}
본 발명은 로봇에 관한 것으로, 특히 반도체 웨이퍼나 LCD 기판 등을 반송하는 기판 반송 로봇에 관한 것이다.
로봇은 여러 산업 분야에서 다양한 목적으로 이용되고 있는데, 반도체 제조 분야에서 기판을 반송하기 위해 로봇을 이용하는 것을 예로 들 수 있다. 기판은 반도체 웨이퍼나 액정 디스플레이 패널, 디스크 드라이브의 단위 디스크 등을 지칭하는 용어이다. 이와 같은 기판은 일반적으로 카세트라고 불리는 반송 용기에 적재된 상태로 생산 라인의 각 작업 영역에 배송된다. 생산 라인의 일부 단위 공정에서, 카세트에 적재된 기판을 꺼내어 해당 공정의 처리 과정을 거친 후 다시 카세트에 적재하기 위해 기판 반송 로봇이 사용된다.
도 1A는 종래의 기판 반송 로봇을 나타낸 사시도이다. 도 1A에 나타낸 바와 같이, 수직 축 베이스(124)에는 수직 운동을 위한 두 개의 수직 축 암(102, 104)이 각각의 회전축을 중심으로 회전 가능하도록 연결된다. 제 1 수직 축 암(102)은 회전축(152)을 중심으로 회전 가능하도록 수직 축 베이스(124)에 연결되고, 이 제 1 수직 축 암(102)의 선단에는 회전축(154)을 중심으로 회전 가능하도록 제 2 수직 축 암(104)이 연결된다. 제 1 수직 축 암(102)은 모터(110)를 동력원으로 하여 회전한다.
제 2 수직 축 암(112)의 선단에는 제 1 수평 축 암(106)이 회전축(158)을 중심으로 회전 가능하도록 연결되는 수평 축 베이스(166)가 연결되고, 제 1 수평 축 암(106)의 선단에는 제 2 수평 축 암(108)이 연결된다. 제 1 수평 축 암(106)은 모터(112)를 동력원으로 하여 회전한다. 제 2 수평 축 암(108)의 선단에는 모터(114)를 동력원으로 하여 회전축(162)을 중심으로 회전 가능하도록 엔드 이펙터(End Effector, 122)가 연결된다. 이 엔드 이펙터(122)에는 기판(120)을 취부하기 위한 핸드(118)가 회전축(164)을 중심으로 회전 가능하도록 연결된다. 핸드(118)는 회전축(164)을 중심으로 회전함으로서 기판을 수평 상태와 수직 상태로 취부할 수 있다.
도 1B는 도 1A의 기판 반송 로봇의 수평 축 암들(106, 108)을 최대로 접은 상태를 나타낸 도면이다. 도 1B에 나타낸 바와 같이, 수평 축 암들(106, 108)을 최대로 접더라도 핸드(118)가 수직 축 베이스(124)의 중심으로 더 이상 접근할 수 없는 사구간(dead zone)이 존재한다. 이 사구간 때문에 기판 반송 로봇의 작업 반경이 증가할 수밖에 없다.
종래의 기판 반송 로봇은 하나의 핸드만을 구비하기 때문에 작업 효율 면에서 다음과 같은 한계를 가지고 있다. 하나의 기판이 생산 라인에 투입되어 공정이 진행되고 공정이 완료된 기판을 다시 카세트로 반송하여 적재하기까지의 과정을 한 주기로 보면, 종래의 기판 반송 로봇은 하나의 기판에 대한 한 주기의 동작이 완료될 때까지 다른 작업(예를 들면 새로운 기판의 반송)은 수행하지 못하기 때문에 작업 효율이 그다지 높지 않다. 즉, 생산 라인에 투입되어 있는 기판의 공정이 완료될 때까지 생산 라인 앞에서 대기해야 하기 때문에 작업 효율이 낮을 수밖에 없다.
작업 효율을 높이기 위해 도 1A에 나타낸 구조의 기판 반송 로봇에서 두 개의 핸드를 운용하는 것을 생각할 수 있으나, 이 경우에는 수평 축 암 세트를 하나 더 설치해야 하고 또 각각의 수평 축 암들의 작업 영역을 확실히 분할하여 두 수평 축 암들의 동작에 상호 간섭이 발생하지 않도록 해야 하기 때문에 작업 효율은 그다지 개선되지 않으면서 제어 계통은 더욱 복잡해지기 때문에 문제 해결을 위한 대안이 되지 못한다.
본 발명은 작업 반경을 좁히고 작업 효율을 높일 수 있도록 수평 축 암 및 핸드의 구조를 개선한 기판 반송 로봇을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 높이 조절을 위한 수직 축 암과, 물건을 취부하기 위한 핸드가 직선상을 이동하도록 설치되는 수평 축 암을 구비한다. 수평 축 암은 헤드에 고정 결합되는데, 이 헤드는 수직 축 암의 선단에 회전 가능하도록 설치됨으로써 수평 축 암의 수직 및 수평 상태를 전환한다. 본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 두 개의 핸드를 구비하는데, 이 두 개의 핸드가 수평 축 암에 서로 평행하게 형성되는 두 개의 가이드 레일을 따라 평행 이동하도록 이루어진다.
본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 바람직한 실시예를 도 2A 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2A는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 사시도로서, 핸드(214, 218)가 수평 상태인 경우를 나타낸 도면이다. 도 2A에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 기판 반송 로봇(200)은 생산 라인(공정 챔버나 로(furnace) 등, 224)과 카세트(226) 사이에서 기판(228)을 반송한다.
본 발명에 따른 기판 반송 로봇(200)의 베이스(204)는 트랙(202)을 따라 직선 운동하도록 설치되며 X-Y 평면상에서 360도 회전이 가능하다. 트랙(202)의 길이는 필요에 따라 연장할 수 있다. 이와 같은 베이스(204)에 제 1 수직 축 암(206)과 제 2 수직 축 암(210)이 차례로 설치되는데, 제 1 수직 축 암(206)은 모터(208)를 동력원으로 하여 X-Y 평면에 대해 수직 방향으로 회전하고, 제 2 수직 축 암(210)은 제 1 수직 축 암(206)의 운동에 종속되어 역시 X-Y 평면에 대해 수직 방향으로 제 1 수직 축 암(206)과는 반대 방향으로 회전한다.
제 2 수직 축 암(210)의 선단에는 본 발명에 따른 헤드(222)가 제 2 수직 축 암(210)의 선단 내부에 설치되어 있는 모터(도 3A의 222a 참조)를 동력원으로 하여 수직 방향으로 회전 가능하도록 설치된다. 제 2 수직 축 암(210)이 수직 1축 암(206)에 종속적인 것과 달리, 헤드(222)는 제 1 수직 축 암(206)과 제 2 수직 축 암(210)에 대해 독립적인 회전량을 갖는다.
헤드(222)의 상부에는 수평 축 암(212)이 설치되는데, 이 수평 축 암(212)의 길이 방향은 수직 축 암들(206, 210)의 회전 방향에 직교한다. 수평 축 암(212)의 상부에는 길이 방향을 따라 두 개의 가이드 레일(216, 220)이 형성되어 있고, 이 가이드 레일(216, 220)을 따라 2중 구조를 가진 두 개의 핸드(214, 218)가 각각 수평 축 암(212)의 길이 방향을 따라 직선상을 왕복 이동할 수 있도록 설치된다. 핸드(214, 218)는 기판(228)을 취부하기 위한 것으로서, 제 1 핸드(214)는 제 2 핸드(218)가 관통할 수 있도록 중앙 부분이 비어 있는 사각형 구조를 가지며, 이 사각형 구조의 하부는 제 2 핸드(218)의 지지 부재(218a)가 통과할 수 있도록 일부분이 절단된 구조이다. 수평 축 암(212)의 내부에는 제 1 및 제 2 핸드(214, 218)의 왕복 이동이 가능하도록 하는 기계 구조가 마련된다. 이와 같은 구조를 통해 제 1 및 제 2 핸드(214, 218)는 수평 축 암(212)의 길이 방향을 따라 상호 간섭 없이 자유롭게 직선상을 왕복 이동할 수 있다.
이와 같은 두 개의 핸드(214, 218)를 이용하면 한 주기의 동작 사이클 동안에 2개의 기판을 반송할 수 있는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
(1) 제 1 핸드(214)를 이용하여 카세트(226)에서 공정에 투입할 첫 번째 기판을 인출한다.
(2) 베이스(202)를 180도 회전시켜 핸드(214, 218)가 생산 라인(224) 쪽을 향하도록 한다.
(3) 제 1 핸드(214)에 취부되어 있는 첫 번째 기판을 생산 라인(224)에 투입한다.
(4) 공정이 진행되는 동안 제 1 핸드(214)를 이용하여 생산 라인에 투입할 두 번째 기판을 카세트(226)에서 인출한다.
(5) 첫 번째 기판의 공정이 완료되면 제 2 핸드(218)를 이용하여 공정 완료된 첫 번째 기판을 생산 라인(224)에서 인출하고, 제 1 핸드(214)에 취부되어 있는 두 번째 기판을 생산 라인(224)에 투입한다.
(6) 제 2 핸드(218)에 취부되어 있는 공정 완료된 첫 번째 기판을 카세트(226)로 반송하여 적재한다.
(7) (1)~(6) 단계를 반복한다.
상술한 (1)~(7) 단계를 통해 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 하나의 기판에 대한 공정이 진행되는 동안 또 다른 기판을 카세트(24)로부터 인출하여 생산 라인(226)에 대기시킬 수 있다. 이로써 생산 라인(226)에 투입되어 있는 기판의 공정이 완료되는 즉시 공정이 완료된 기판을 인출한 다음 새로운 기판을 생산 라인(226)에 투입할 수 있고, 생산 라인(226)에 투입된 기판에 대한 공정이 진행되는 동안 공정이 완료된 기판을 카세트(224)에 적재한 다음 곧바로 새로운 기판을 카세트(224)에서 인출하여 생산 라인(226)에 대기시킬 수 있다. 이와 같은 높은 작업 효율은 본 발명에 따른 기판 반송 로봇이 두 개의 핸드(214, 218)를 이용하여 작업하는 것에 기인한다.
도 2B는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 핸드(214, 218)가 수직인 상태를 나타낸 도면이다. 도 2B에 나타낸 바와 같이, 헤드(222)가 제 1 수직 축 암(206) 및 제 2 수직 축 암(210)에 대해 독립적으로 회전하기 때문에 핸드(214, 218)를 수직 상태로 전환할 수 있어 기판을 수직으로 인출 또는 적재해야 하는 경우 용이하게 작업을 수행할 수 있다.
도 3A 및 도 3B는 도 2A에 나타낸 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 수직 축 암의 내부 구조를 나타낸 도면으로서, 먼저 도 3A는 수직 축 암들(206, 210)의 회전 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 3A에 나타낸 바와 같이, 제 1 수직 축 암(206)이 모터(도 2A의 208 참조)에 의해 회전하면, 그 회전력이 벨트(206a)를 통해 전달되어 제 2 수직 축 암(210)을 회전시킨다. 이때 두 감속기(206b, 206c)의 속도비는 1:2이며, 이 때문에 헤드(222)가 항상 같은 위치에서 수직 이동할 수 있다. 따라서 수평 축 암(212)이 수평 상태를 유지하기 위해서는 감속기(206b, 206c)와 모터(222a)의 속도비가 1:2:1이어야 한다. 그러나 헤드(212)가 모터(222a)에 의해 독립적으로 회전하기 때문에 상술한 속도비에서 벗어나는 회전이 가능하며, 이를 통해 핸드(214, 218)를 수직 상태로 전환할 수 있다. 핸드(214, 218)가 수직 상태로 전환됨으로써 기판을 수직 상태로 인출하거나 적재할 수 있다.
도 3B는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 수직 축 암 내부의 배선 구조를 나타낸 도면이다. 도 3B에 나타낸 바와 같이, 베이스(204)와 수직 축 암(206, 210), 수평 축 암(212) 내부에는 배선(302)이 통과할 수 있도록 배선용 홀(304a, 304b)이 마련되어 있어 이 배선용 홀(304a, 304b)을 통해 제어용 케이블과 전력 케이블 등을 각 암(206, 210, 212)의 내부에 설치할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 또 다른 실시예를 나타낸 도면으로서, 헤드(402) 내부에는 헤드(402)를 회전시키기 위한 모터(404)와 수평 축 암(408)을 회전시키기 위한 모터(406)가 구비된 것을 나타낸 도면이다. 모터(404)는 헤드(402)를 회전시켜 핸드(412, 414)가 수직 상태로 전환될 수 있도록 한다. 모터(406)는 수평 축 암(408)이 수평면 상에서 회전할 수 있도록 한다. 이 경우 모터(406)는 수평 축 암(408) 만을 회전시키기 때문에, 베이스(410)의 회전을 통해 본 발명에 따른 기판 반송 로봇 전체를 회전시키는 경우보다 작은 출력의 모터를 사용할 수 있어 생산 원가를 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 기판 반송 로봇은 수평 축 암 및 핸드의 구조를 개선함으로써 작업 반경을 좁히고 작업 효율을 높일 수 있도록 한다.
도 1A는 종래의 기판 반송 로봇을 나타낸 사시도.
도 1B는 도 1A의 기판 반송 로봇의 수평 축 암들을 최대로 접은 상태를 나타낸 도면.
도 2A는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 사시도.
도 2B는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 핸드가 수직인 상태를 나타낸 도면.
도 3A 및 도 3B는 도 2A에 나타낸 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 수직 축 암의 내부 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 기판 반송 로봇의 또 다른 실시예를 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
204 : 베이스
206, 210 : 제 1 및 제 2 수직 축 암
212 : 수평 축 암
214, 218 : 제 1 및 제 2 핸드
222 : 헤드
224 : 생산 공정
226 : 카세트

Claims (8)

  1. 로봇에 있어서,
    높이 조절을 위한 수직 축 암과;
    물건을 취부하기 위한 핸드가 직선상을 이동하도록 설치되는 수평 축 암과;
    상기 수평 축 암이 고정 결합되고, 상기 수직 축 암의 선단에 회전 가능하도록 설치되어 상기 수평 축 암의 수직 및 수평 상태를 전환하는 헤드를 포함하는 로봇.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 헤드가 상기 수직 축 암에 대해 독립적으로 회전하는 로봇.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 핸드가 평판 형태의 물건을 취부하기 위한 구조를 갖는 로봇.
  4. 로봇에 있어서,
    높이 조절을 위한 수직 축 암과;
    물건을 취부하기 위한 제 1 핸드 및 제 2 핸드가 직선상을 평행 이동하도록 설치되는 수평 축 암과;
    상기 수평 축 암이 고정 결합되고, 상기 수직 축 암의 선단에 회전 가능하도록 설치되어 상기 수평 축 암의 수직 및 수평 상태를 전환하는 헤드를 포함하는 로봇.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 수평 축 암에 제 1 및 제 2 가이드 레일이 서로 평행하게 형성되고;
    상기 제 1 및 제 2 핸드가 각각 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일을 따라 평행 이동하는 로봇.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 핸드와 상기 제 2 핸드가 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일을 따라 각각 평행 이동할 때 상기 제 2 핸드가 상기 제 1 핸드를 관통할 수 있도록 이루어지는 로봇.
  7. 기판 반송 로봇에 있어서,
    높이 조절을 위한 수직 축 암과;
    제 1 및 제 2 가이드 레일이 형성되고, 기판을 취부하기 위한 제 1 핸드 및 제 2 핸드가 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일을 따라 서로 다른 직선상을 평행 이동하도록 설치되는 수평 축 암과;
    상기 수평 축 암이 고정 결합되고, 상기 수직 축 암의 회전에 대해 독립적으로 회전하도록 상기 수직 축 암의 선단에 설치되어 상기 수평 축 암의 수직 및 수평 상태를 전환하는 헤드를 포함하는 기판 반송 로봇.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 핸드와 상기 제 2 핸드가 상기 제 1 및 제 2 가이드 레일을 따라 각각 평행 이동할 때 상기 제 2 핸드가 상기 제 1 핸드를 관통할 수 있도록 이루어지는 기판 반송 로봇.
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