로봇및센서실습 · 반도체장비전공 · CHAPTER 3

로봇 구조
R축 · θ축 · Z축

이송 로봇은 딱 세 방향으로만 움직입니다. 이 세 축의 조합으로 FOUP·Pre-aligner·Load Lock 어디든 웨이퍼를 가져다 놓습니다.
이 강의 — 세 축이 각각 어떤 동작인지 보고, 시뮬에서 Initialize → Home → θ·R·Z를 직접 움직여 봅니다.
θ 회전 R 신축 Z 승강
학습 목표

이 강의가 끝나면

1
세 축을 구분한다 θ(회전)·R(신축)·Z(승강)이 각각 무슨 동작인지 말한다.
2
좌표를 읽는다 위치를 "가로세로"가 아니라 방향(θ)과 거리(R), 높이(Z)로 센다.
3
Home의 의미 왜 전원 뒤 반드시 Home부터 하는지 안다.
실습 — Initialize→Home, θ 2회, R 1회, Z 2회, 훈련 드릴 4개 완료.
01 · 왜 세 축

왜 공장 로봇처럼 안 생겼을까

웨이퍼는 눕혀서 옮긴다

웨이퍼는 항상 수평을 유지해야 합니다. 그래서 팔을 접었다 펴는 수평 신축 구조를 씁니다.

좁은 곳을 드나든다

슬롯·챔버 입구는 좁습니다. 팔을 편 채 다니면 부딪히므로, 접은 상태로 회전하고 목표 앞에서만 폅니다.

세 축이면 충분하다

어느 스테이션이든 θ(방향)+R(거리)+Z(높이)로 지정됩니다.

그래서 규칙 하나 — 팔을 편(Extend) 상태로 회전하면 옆 장치와 충돌합니다. 장비는 이를 Collision 인터록으로 막습니다. (4강에서 직접 겪어봅니다)
02 · θ축

θ축 — 몸통을 돌려 방향을 고른다

1
회전으로 스테이션 선택 FOUP·Pre-aligner·Load Lock이 로봇을 둘러싸고, θ로 몸통을 돌려 그 앞을 바라봅니다.
2
접은 상태로만 회전 안전을 위해 팔을 Retract한 뒤 돕니다.
3
각도는 엔코더로 확인 실제로 몇 도 돌았는지 되읽어 정밀도를 보장합니다.
FOUPLOCKPORTALIGN θ
03 · R축

R축 — 팔은 늘어나지 않습니다, 펴집니다

접힘 (Retract) 펴짐 (Extend)
1
링크가 펴지는 구조 두 개의 링크(팔꿈치)가 펴지며 End Effector가 직선으로 나갑니다.
2
Extend / Retract 목표 앞에서 펴서 넣고(Pick/Place), 다시 접어 안전 위치로.
3
편 채 회전 금지 Extend 상태의 θ 회전은 충돌 인터록으로 거부됩니다.
기억할 말 — "다닐 땐 접고, 넣을 때만 편다."
04 · Z축

Z축 — 높이가 곧 슬롯 번호

1
위아래 승강 FOUP 25칸 중 몇 번 칸을 겨냥하느냐가 Z 높이로 정해집니다.
2
Pick/Place의 마지막 동작 팔을 편 뒤 살짝 올리거나 내려 웨이퍼를 들어올리거나 내려놓습니다.
3
한계(Limit) 위·아래 끝을 넘으면 Limit 센서가 알람으로 멈춥니다. (6강)
흔한 실수 — Z가 빈 슬롯을 가리킨 채 Pick → 로봇은 정상이지만 Wafer Presence OFF로 알람. 겨냥이 틀린 것.
1234 Z
05 · 좌표

가로세로가 아니라, 방향·거리·높이

이송 로봇의 위치는 극좌표로 생각하면 쉽습니다. "어느 방향(θ)으로 돌아, 얼마나 뻗어(R), 어느 높이(Z)"의 세 숫자면 한 점이 정해집니다.
θ R 한 점 = (θ, R, Z)
축무엇단위
θ방향(회전각)도(°)
R팔 뻗은 거리mm
Z높이(슬롯)mm / 칸
시뮬 상태바에 R·θ·Z 값이 항상 표시됩니다. 조작하며 숫자가 어떻게 변하는지 보세요.
06 · 기준점

Home을 먼저 하는 이유

1
전원만으론 위치를 모른다 로봇은 켜져도 지금 팔이 어디 있는지 모릅니다.
2
Home = 기준 0점 정해진 기준 위치로 가서 Home 센서 ON을 확인하면, 이후 모든 θ·R·Z 좌표가 의미를 갖습니다.
3
Initialize → Home 먼저 전원·서보를 잡고(Initialize), 그다음 Home.
비유 — 지도를 봐도 "현재 위치"를 모르면 길을 못 찾습니다. Home이 그 현재 위치 핀을 꽂는 일입니다.
Home 전에는 정밀 이동 명령이 거부되거나 위험할 수 있어, 장비는 Home을 강제합니다.
07 · 한계

리밋이 세 겹인 이유

1
소프트 리밋 제어기가 좌표 한계를 먼저 막습니다(정상 운전 범위).
2
하드(센서) 리밋 소프트를 넘으면 Limit 센서가 물리적으로 감지해 정지.
3
기구 스토퍼 그마저 넘으면 기계적 스토퍼가 최후로 막습니다.
왜 세 겹? 웨이퍼 한 장·장비 손상을 막기 위해 안전은 중복으로 설계합니다. 하나가 실패해도 다음이 잡습니다.
08 · 손

End Effector — 로봇의 손

진공 흡착 또는 모서리 지지

웨이퍼 뒷면을 진공으로 살짝 붙들거나, 가장자리만 받쳐 표면을 건드리지 않게 듭니다.

재질이 갈린다

대기용과 달리 진공·고온 구간은 세라믹 등 내열 재질을 씁니다.

정
정확도(Accuracy) 목표 좌표에 얼마나 가깝게 가는가.
반
반복도(Repeatability) 같은 명령에 늘 같은 자리로 가는가. 이송에선 반복도가 더 중요합니다 — 티칭한 자리에 매번 똑같이 놓여야 하니까요.
비교

공장 로봇(6축)과 무엇이 다른가

6축 관절 로봇

자유롭게 기울이고 돌립니다. 대신 크고, 오염원이 많습니다.

웨이퍼 이송 로봇

수평 유지가 절대. 그래서 R·θ·Z 3축의 단순·정밀 구조를 씁니다.

결론 — "단순해서 정밀하고, 정밀해서 신뢰할 수 있다."
기구

링크가 펴지는 구조(SCARA/Frog-leg)

1
접힌 팔꿈치 두 링크가 접혔다 펴지며 손이 직선으로 나갑니다.
2
직선 신축 회전을 직선 운동으로 바꿔 좁은 입구에 정확히 진입.
그래서 — "늘어나는" 게 아니라 "펴지는" 것(4강 Extend).
정밀

정확도와 반복도, 다시

정확도

목표 절대 좌표에 얼마나 가까운가.

반복도

같은 명령에 늘 같은 자리. 이송에선 이게 더 중요합니다.

이유 — 티칭한 자리에 매번 똑같이 놓여야 하므로.
티칭

좌표는 어떻게 정하나 — 티칭

1
지점 등록 각 스테이션의 정확한 θ·R·Z를 한 번 가르쳐(티칭) 저장.
2
재현 이후엔 저장된 좌표로 정확히 반복.
장비의 기억 — 좌표표 한 장이 로봇의 지도입니다.
안전 여유

왜 리밋이 세 겹인가

1
소프트 제어기 범위 제한.
2
센서 물리적 한계 감지.
3
기구 스토퍼 최후의 물리 차단.
철학 — 웨이퍼·장비를 지키려 안전은 중복 설계.
좌표 예제

한 점을 (θ,R,Z)로 읽어보기

스테이션θRZ
FOUP slot1180°뻗음1번 높이
Aligner90°뻗음정렬 높이
Home0°접힘기준
연습 — 시뮬 상태바에서 각 스테이션의 값이 어떻게 바뀌는지 보세요.
실습 미션

3강에서 직접 해볼 것

1
Initialize → Home 로봇을 준비하고 기준점을 잡는다.
2
θ 2회 스테이션을 두 번 이상 바꿔 회전을 느낀다.
3
R 1회 · Z 2회 팔을 펴고 접고, 높이를 올리고 내린다.
4
훈련 드릴 4개 완료 훈련 탭의 드릴을 모두 통과한다.
완료 기준 — "따라하기" 체크가 모두 채워지면 3강 완료. 조작할 때 상태바의 R·θ·Z 숫자 변화를 같이 보세요.
정리 · 자가 점검

3강에서 남길 것

1
세 축 θ 방향 · R 거리 · Z 높이.
2
다닐 땐 접고, 넣을 때만 편다 편 채 회전은 충돌.
3
Home이 기준점 없으면 좌표가 무의미.

Q1

팔을 편 상태로 회전하면 왜 안 되나요?

Q2

정확도와 반복도 중 이송에서 더 중요한 것과 그 이유는?

다음 강 — 4강 수동조작: 이 세 축을 실제 버튼으로 다뤄 FOUP 문을 열고 팔을 뻗습니다.