CN101223635A - 用于高物流量自动化物料搬运系统的模块终端 - Google Patents

用于高物流量自动化物料搬运系统的模块终端 Download PDF

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Abstract

概括地讲，本发明包括一种在第一输送系统和第二输送系统之间输送容器的设备。在一个实施例中，第一输送系统包括悬挂式输送机，第二输送系统包括地面输送机。本发明可以进一步包括储货架，其最好就一个共同的竖直平面而言与输送系统的一部分基本上水平对齐。该输送系统可以直接位于最高储货架的上方或最低储货架的下方，以便增加工厂的储存能力。竖直模块在输送系统和至少一个储货架之间输送容器。

Description

用于高物流量自动化物料搬运系统的模块终端
依照美国法典第35部§119(e)，本申请要求于2005年7月8日向美国专利商标局提交的、发明名称为“用于高物流量自动化物料搬运系统的模块终端”的美国临时专利申请60/697,785的优先权、以及于2005年5月16日向美国专利商标局提交的、发明名称为“用于高速自动化物料搬运系统的一体化终端”的美国临时专利申请60/681,389的优先权，上述两篇专利申请均被转让给本申请的申请人，其全文作为参考被纳入本文。
技术领域
概括地说，本发明包括模块终端或传送模块，尤其是用于在输送系统之间储存、分选、识别容器和输送容器。确切地说，本发明提供一种用于在悬挂式输送系统和地面输送系统之间移动容器的设备。
背景技术
在半导体制造工厂(fab)中，将容器2如前开口标准搬运盒(FOUP)和标准机械接口(SMIF)盒传送至加工设备10和装载端口12是代价高昂的。在加工设备之间传送FOUP和SMIF盒的一种方法是自动化物料搬运系统(AMHS)。
AMHS或输送系统在半导体制造工厂中移动半导体晶片或扁平板的容器或匣盒(此处统称为容器)。在半导体制造工厂中的容器移动可以是在每个加工设备隔间内例如图1中的B1和B2隔间(Intrabay AMHS-隔间内部自动化物料搬运系统，通常包括这样的输送系统，即它在一个隔间内移动容器并传送容器到加工设备位置)和在加工设备隔间之间(InterbayAMHS-跨隔间自动化物料搬运系统，通常包括沿连接加工设备隔间的主廊移动容器的输送系统)。半导体制造工厂通常包括用于储存容器的库存架。人们希望通过尽可能多地在加工设备之间直接传送容器来减少AMHS的输送延迟。在AMHS的任何一个部分中的不足物流量会引起AMHS的其它部分具有低于潜能的物流量，这是因为不足部分与其它部分是串联的。
在加工工序完成后，容器通常被传送到库存架，随后当加工设备准备好时，容器被取出并传送到另一台加工设备。常规库存架的有限的物流量制约了从库存架取出并传送容器的系统的整个物流能力。因此，AMHS的总物流量被限定为库存架物流量。例如，用于特定库存架的最高的跨隔间传送物流量可以是700容器移动/小时或AMHS移动/小时。如果库存架被用于双向传输的两个AMHS存取，理论上可以使该特殊库存架获得潜在的最高跨隔间移动速率，即1400容器移动/小时。如果该库存架进一步连接到另一个加工设备隔间，其中该加工设备隔间具有最高容量为700容器移动/小时的隔间内部AMHS或其它输送系统，则库存架的最高移动速率可以达到2100容器移动/小时。常规的库存架只能平均每20秒移动一个容器，因而库存架的最高物流量被限制为180容器移动/小时，这大大低于半导体制造工厂所要求的。
即使只考虑隔间物流量并且库存架只负责输入隔间的容器流，最高要求也可能是1400移动/小时(从Interbay出来是700移动/小时，进入Intrabay是700移动/小时)。这种情况将导致Interbay的潜在高物流量受到库存架的严重限制。
阿赛斯特技术公司制造各种高物流量系统，其中包括美国专利申请11/064,880所述的、名为“加工设备直接装载”的加工设备直接装载系统，该申请已被转让给阿赛斯特技术公司并且作为参考被纳入本文。该加工设备直接装载系统也会产生这种与常规库存架的物流量的不搭配。加工设备直接装载系统是地面式容器输送系统(例如在等于或低于加工设备装载高度的高度上传送容器的容器输送系统)。即使容器在没有事先存放于库存架上而被直接送到加工设备(不同的容器传送优先级)，这样的系统也需要竖向输送工序。为了充分利用加工设备直接装载系统的潜在物流量，就需要超高物流量库存架和竖向容器输送系统的结合。常规库存架的限制可能在某些AMHS中不明显，这是因为这些AMHS本身的物流量也是有限的(其物流量不高)。
一种AMHS或输送系统是高架天车吊运(OHT)系统。在常规的OHT系统中，OHT小车尤其将FOUP吊放至距制造工厂地面约900毫米高度的装载端口的移动板上。OHT系统利用复杂的天花板装设轨道和缆索吊运小车，输送FOUP至这些装载端口。水平运动、悬吊缆索延伸以及单向操作的组合必须协同配合，用于在加工设备之间快速输送FOUP。为获得OHT系统内的最佳效率，一旦加工设备需要装载或卸载，OHT小车就必须即时到位。这不是总能做到的。
其它的非输送机AMHS或用小车在整个半导体制造工厂中移动容器的输送系统(如自动导向小车(AGV)系统，有轨小车(RGV)系统，空中往返运输(OHS)系统)要求AMHS行程安排系统来管理空车以及正在传送的装载车辆的移动和可用性。行程安排系统所承受的沉重负担通常导致容器拾起延迟，因为空车被指引到拾起位置并且因非生产性空车移动而增加了运输堵塞。OHT小车发生类似的延迟。OHT小车可能花费如15秒来完成容器的拾起或放下动作，并且在拾起/放下期间内，容器传送在AMHS位置受阻。在许多情况下，这些因素综合起来将基于车辆的Intrabay AMHS限制为如100～200移动/小时。这不会导致与常规库存架能力的明显不搭配。然而，许多加工设备隔间需要更高的物流量，用常规的库存架/OHT结构无法满足这样的物流量。
阿赛斯特技术公司的加工设备直接装载系统提供了一种用于高物流量Intrabay加工设备传输能力的AMHS解决方案。该加工设备直接装载系统为物流量带来若干好处：直接延伸到加工设备的高物流量输送机式AMHS，以及由于单独的装载端口输送机装卸机构而获得了高度平行的输送机界面。在任何时刻，多个容器可以处于被吊放至输送机上或从输送机上被拾起的过程中，而不会相互干扰。为了充分利用其潜在的物流量，AMHS要求高物流量库存架和竖直输送系统相结合，竖直输送系统以能满足不同半导体制造工厂布局的灵活配置有效连接于Interbay AMHS上。
因此，人们要求半导体制造工厂具有改进的高物流量容器输送系统和储存能力。本发明提供了这样的系统。
发明内容
本发明的一个方面是要提供一种用于在距工厂地面不同高度的AMHS或其它系统之间移送容器的模块终端或传送装置。在一个实施例中，模块终端包括至少一个用于在悬挂式输送系统和地面输送系统之间移动容器的竖直模块。在另一个实施例中，模块终端也包括至少一个储货架，其直接排列在用于临时储存容器的悬挂式输送系统的一部分的下方。这些储货架是或选的，并且可以包括被动的(不能移动容器)和/或主动的储货架(能移动容器)。
本发明的另一个方面是要提供一种使Interbay AMHS或输送系统的容器流量得到优化的模块终端。这样的模块终端能够实现非常高的从Interbay至Intrabay的传送率。在一个实施例中，本发明包括用于在模块终端下游临时储存容器直到竖直模块变为可用的递回环道。本发明还可以包括用于在输送系统和递回环道之间移动容器的换道机构。模块终端还可以具有分选和计量功能。
本发明的另一个方面是要提供一种支持高优选容器的加速传送的模块终端。在一个实施例中，每个竖直模块壳体位于悬挂式输送系统的附近，从而在悬挂式输送系统上移动的优选容器可以不被模块终端阻碍地通过。在另一个实施例中，系统中的换道机构快速地从AMHS中移走容器，以尽量减轻悬挂式AMHS上的交通拥挤。
本发明的又一个方面是要提供一种支持在高层半导体制造工厂中的层级间容器输送的模块终端。例如，制造工厂可以包括第一厂房层和位于第一厂房层之上的第二厂房层，每个厂房层都具有独立的AMHS或输送系统。穿过第一厂房层的天花板的单个竖直模块可以在两个位于完全不同的厂房层上的独立输送系统之间传送容器。
本发明的又一个方面是要提供一种易安装并具有低维护成本的模块终端。该模块终端可以被用于任何现有的AMHS或输送系统中。在一个实施例中，模块终端可以安装在现有的AMHS的附近(如OHT轨道附近)，而不干扰AMHS。附加的竖直模块可以被添加到该模块终端上。在另一个实施例中，模块终端包括穿行区，它包围现有的AMHS的一部分，但允许容器顺利穿过模块终端。
附图说明
图1是采用本发明的一个实施例的AMHS的示意图；
图2是表示Intrabay输送机和Interbay输送机之间的物理关系的一个实施例的等距视图；
图3是根据本发明的一个实施例的具有从Interbay到Intrabay的连接点的AMHS的俯视图；
图4是本发明的一个实施例的等距视图；
图5是本发明另一个实施例的等距视图；
图6是根据本发明的随机存取容器储存系统的一个实施例的示意图；
图7是图6所示实施例的侧视图，表示与加工设备隔间相关的储存系统；
图8是本发明的又一个实施例的等距视图；
图9是本发明另一个实施例的等距视图；
图10A至图10B提供本发明另一个实施例的等距视图；
图11是本发明再一个实施例的等距视图；
图12A至图12B是本发明另一个实施例的正视图和侧视图；
图13A至图13C表示根据本发明的换道机构的一个实施例；
图14表示根据本发明的换道机构的另一个实施例；
图15表示与传送系统的另一个实施例一起工作的图14中所示的换道机构。
具体实施方式
仅为示范目的，在此将结合FOUP的输送来描述本发明。本发明的不同实施例也可以用于和/或适于搬运SMIF盒的系统、光栅盒、平板显示器输送机或任何其它容器或加工设备。容器被定义为任何用于支撑物体的结构，上述物体包括但不局限于任意尺寸的半导体基片(如50毫米到500毫米的晶圆)。只是作为示例，该容器包括包含允许物体存取(如FPD传送)的敞露空间的结构，或者包括具有可以机械方式打开的门的容器(例如底部开口的SMIF盒和FOUP)。装载端口被定义为搬运容器的任何接口装置。
为了便于描述各不同实施例，也将结合输送机来描述本发明。当然，本发明还可以与诸如OHT小车、空中往返运输车(OHS)、RGV或AGV的其它AMHS或其它传送系统一起工作。图1表示包括悬挂式输送机或Interbay输送机20、地面输送机或Intrabay输送机30以及多个模块终端100的AMHS。
图1表示两台Intrabay输送机30，每台Intrabay输送机30在各自的加工设备隔间(例如加工设备隔间B1和B2)内的装载端口12之间传送容器。箭头表示Intrabay输送机传送容器的方向。不过，每台Intrabay输送机包括双向输送机也在本发明的范围内。图1所示结构仅为示例性的，本发明也涵盖其它构造。悬挂式输送机20涉及任意类型的在高于装载端口12的装载高度输送容器2的输送机。地面输送机30涉及任意类型的、处于或低于装载端口12的装载高度地输送容器2的输送机。
如图1所示，无论是何种配置，每个模块终端100都包括在悬挂式AMHS或输送系统和地面式AMHS或输送系统之间输送容器2的竖直模块102。在本说明书中，术语AMHS和输送系统是可互换的。模块终端100还可以包括竖向叠置的储货架104，从而使模块终端100具备储存特性。在图1中，每组储货架104由数字标注(例如2、4、8)，其代表在特定位置上的竖向叠置的储货架104的总数。例如，模块终端100b包括三组储货架，其中两组储货架104各有八个架子，另一组储货架104具有四个架子。如后所述，模块终端100可以包括任意数量的储货架104(包括没有架子)以及任意数量的竖直模块102。
图2表示悬挂式输送机20的一个实施例。在此实施例中，悬挂式输送机20包括上输送机20a和下输送机20b。这两台输送机20a和20b竖向叠置，即每台输送机的纵向中心线CL1和CL2就共同的竖直平面140而言基本上水平对齐。在此实施例中，每台悬挂式输送机20a和20b单向移送容器2(如图2中的右箭头和左箭头所示)。每台输送机20a和20b基本上与地面式Interbay输送机30水平对齐(例如CL1、CL2、CL3就共同的竖直平面来说基本上水平对齐)。图2只提供Interbay上输送机20a、Interbay下输送机20b和Intrabay输送机30之间空间关系的一个实施例，但其它构造也在本发明范围内。图2表示地面输送机30还可包括用于在输送机区段之间使容器掉转90度的导向装置D。在转让给阿赛斯特技术公司的、名为“具有整体输送搬运器和导向装置的输送系统”的美国专利6,308,818中，公开了导向装置D的一个例子，其全文作为参考被纳入本文。
如以下将详细说明的那样，竖直模块102包括传送机构，该传送机构可以水平延伸至输送机(Interbay输送机或Intrabay输送机)，抓住容器2(如抓住容器的底面或顶部手柄)，将容器2抬离输送机，将容器放在输送机上，以及使容器2移入/移出竖直模块102和在竖直模块内移动。如果传送机构不能转动(例如关于θ轴)，则传送机构被限定只在储货架/位置104中储存容器2，储货架/位置104位于Interbay输送机和Intrabay输送机之间(如图4的实施例)，或是在竖直模块102相对一侧的某个位置上(如图9的实施例)。为了将容器2储存到竖直模块102的一侧(例如图1中在模块终端100b中标注为8的储货架104)，传送机构要求关于两个不同的轴做θ运动或直线运动。这将大大增加模块终端100的储存密度。然而，在相对于Interbay输送机20的竖直模块102的侧面上的任意储存位置并不是人们非常期望的，这是因为这些位置会阻碍进出竖直模块102的维修作业，并且减少了加工设备隔间中的可用设备空间。
图1表示一种可扩展的模块结构，其产能可以满足隔间内部物流量的大范围要求。模块终端100可以只被构造为具有单个竖直模块102和最少数量的储货架/位置104。竖直模块102还可以被构造为没有任何储货架104，而仅用于输送机之间的输送系统(例如在悬挂式输送机和地面输送机之间)。具有能做θ运动、竖直运动和水平运动的传送机构的单个竖直模块102(有或没有储货架)能省去地面式或Intrabay输送机30的、直接位于Interbay输送机20之下的部分(如图2所示)。
竖直模块102中的传送机构可沿许多方向移动容器2。例如在图5的实施例中，传送机构可以上升到Interbay上输送机20a的高度，使夹持机构或其它工具向外伸出以抓住容器2，向上提升夹持机构以使容器2抬离Interbay输送机20，移动容器20进入竖直模块102，降落到所期望的储货架104或地面输送机30的高度，并将容器2直接放置在储货架104或地面输送机30上。在图5的实施例中，每个储货架104包括用于在储货架上沿任一方向移动容器2的输送机(如箭头所指)。在图9的实施例中，传送机构将容器2从上输送机20a(或下输送机20b)移出并将容器2移入竖直模块102。例如，传送机构随后可以使容器2落至储货架104e并把容器2放在储货架104e上。容器的许多其它移动也包含在本发明的范围内。
图1也示出了递回环道120的一个实施例。每个递回环道120可以设置在模块终端100的上游或下游，以提供临时的储存区。递回环道120可定位在沿输送机的任何位置。例如，递回环道可定位在只靠近Interbay上输送机20a的位置，或定位在靠近Interbay上输送机20a和Interbay下输送机20b的位置。如果在容器2接近模块终端100时竖直模块102尚不能用，则AMHS能够快速地将容器2从输送机移送至递回环道120。从输送机移出容器避免了Interbay输送机20的停机，直到竖直模块120准备接收容器。输送机上的其它容器随后可以通过递回环道120继续移向它们的目标位置。然后，当竖直模块120准备接收容器时，容器可以在不中断AMHS流程的情况下被放回至输送机上。
诸如导向装置或换道机构126的装置(更多细节如图13至图15所示)可以在Interbay输送机20和递回环道120之间传送容器2。递回环道120通常包括用于临时缓冲正到来的容器2的输送机122。本领域已知的其它容器缓冲机构也在本发明范围内。换道机构126通常还包括可在两台输送机之间(如递回环道输送机122和Interbay输送机20之间)或其它AMHS之间传送容器2的任何装置。例如在悬挂式输送机20上移动的容器2被暂时停止、夹住和抬离Interbay输送机20，随后经过递回环道输送机122。在输送机之间传送容器2的传送机构可以包括例如单节臂或多节臂或线性滑架。可以用一个单独的机构从下面抬起容器，由此允许横向传送机构的设计更加丰富。本领域已知的其它容器传送机器人也在本发明的范围内。
以上描述涉及竖向叠置的Interbay输送机20(例如Interbay上输送机20a和Interbay下输送机20b)，因为它消除了常规的平面型Interbay输送机所遇到的延迟。因此如果容器运动是单向的，则Interbay输送机20将更有效地传送容器。多台平行的Interbay输送机20也增加了Interbay AMHS的物流量。对每个跨隔间方向来说，最好设置至少一台输送机，用于在任意两个加工设备隔间之间有效输送容器(见图4的实施例)。在没有与更靠近加工设备隔间的输送机相交的情况下，常规的平面型Interbay输送机结构不允许在更远离加工设备隔间的输送机上移动的容器进入加工设备隔间。在输送机流程转向的位置上或在输送机流程穿越另一台输送机的位置上都需要导向装置，而此交通中断会使跨隔间物流量有所下降。但如果输送机设置在竖直模块102(如图10B所示)的两侧，上述情况就不会发生。
图3表示另一个利用本发明不同组成构件以改善在制造工厂中的容器总物流量的AMHS。该AMHS包括悬挂式输送机20、多台地面输送机30和加工设备隔间B1和B2。沿悬挂式输送机20设置若干模块终端100。模块终端100的位置和AMHS的其它部件只是示范性的。如图3所示，容器2可以储存在带有模块终端100的AMHS中。
图4至图7表示模块终端100的不同组合，其尤其提供容器2的竖向传送、储存和缓冲。竖直模块100仍然可以不包括储货架。图4表示带来多个空间节省特征的模块终端100的一个实施例。在此实施例中，模块终端100包括第一竖直模块102a、第二竖直模块102b、四个储货架104a-104d、第一输送平台106和第二输送平台108。如图4所示，Interbay输送机20a、20b以及储货架104a-104d分别相对竖直平面150水平对齐。当然，模块终端100也可以具有其它的构造。
如图4所示，每个竖直模块102包括在Interbay上输送机20a和最高储货架104a之间延伸的壳体110。每个竖直模块102的壳体110不一定在相同的Interbay输送机20或储货架104之间延伸，也不一定要互相靠近。事实上，模块终端100可以只包括单个竖直模块102。模块终端100可以包括任意数量的储货架104(包括没有储货架)。传送机构(图4未示出)在每个壳体110中移动，以便在输送机和储货架104之间移送容器2。
图4所示的每个储货架104包括用于在沿储货架的任意位置之间移送容器的输送机。例如，储货架104a能够在第一末端104a1和第二末端104a2之间移动容器2。最高储货架104a与其它储货架104b-104d相似地可以是单向输送机或双向输送机。
图4所示的模块终端100先从上输送机20a或下输送机20b尚将容器移送至最高储货架104a。在将容器2放到最高储货架104a上后，容器2可以通过输送平台106或输送平台106和108的组合被移送到另一储货架(例如图4中的储货架104a、104b、104c和104d)。输送平台106最终将把容器2下放到地面输送机30上。
在单个模块终端100中的多于一个的竖直模块102提高了模块终端100的效率。例如，由于多个传送机构并行工作，所以容器能以更高的物流量从Interbay输送机20被卸下，可攀升的并行构造减少了从悬挂式输送机20中移走容器所花费的平均时间。输送平台106和108最好被定位成与每个储货架104的末端对齐并且就位于Interbay输送机20的下面。输送平台也可以位于其它位置。设置其长度只够装载最高储货架104a(最高高度)的竖直模块102a和102b也允许在每个竖直模块102的缩短构架110下方的地面通行(例如工人可以在竖直模块下方走过，但头不会碰到构架)。
每个竖直模块102也可以直接通入任意数量的储货架104a-104d。例如，竖直模块102可以直接在悬挂式输送机20和地面输送机30之间移送容器2。在另一个实施例中，全尺寸的竖直模块102可被安装在每个储货架104的两侧，以替换排成一线的平台106和108。图4所示的竖直模块102表示，当平台108不能接近最高储货架104a时，平台106可以接近所有的储货架104a-104d。两个输送平台防止了每个储货架104像先入先出(FIFO)系统一样操作。例如，存放在储货架104上的容器可以从第一末端104d1退至输送平台108，或者从第二末端104d2退至输送平台106。每个输送平台106和108优选包括双向输送机，以便能够在输送平台和储货架104之间移送容器2。
图5表示上部悬挂式输送机20a和与多个竖直模块102a-102c连接的悬挂式下输送机20b，以及可选的平台106。每个竖直模块102a-102c可以位于悬挂式输送机20的近侧(如图5所示)，或在悬挂式输送机20的远侧(与图4类似)，或者在悬挂式输送机20的两侧。在一个实施例中，操作方法包括先入先出(FIFO)方法以提供缓冲，但不是真的随机进入储存。在操作中，竖直模块102将容器2从Interbay输送机20a或20b移送至竖向叠置的储货架104a-104e中的一个。储货架104随后将容器2移送到储货架末端，移向平台106(如图5箭头所示)。随后，在容器2被放到平台106尚后，容器被送至地面输送机30。
容器2可以通过平台106或通过竖直模块102(如果竖直模块102延伸至地面输送机30)从储货架104被传送到地面输送机30。例如竖直模块102a可以在悬挂式输送机20和地面输送机30之间延伸。竖直模块102b可以从悬挂式输送机20延伸至储货架104c。而且，竖直模块102c可以只从悬挂式输送机20延伸到最高储货架104a。竖直模块102的其它构造也在本发明范围内。竖直模块102还可以定位在储货架104的任一末端。例如竖直模块102可以替代平台106。竖直模块102还可定位在储货架104的另一个末端。每个竖直模块102中的传送机构可包括用于在竖直模块102和储货架104之间移送容器2的一小段输送机或传送机构(如容器搬运机械手)。在每个竖直模块102的任一侧设置Interbay输送机20或另外的储货架104(参见图9的构造)也在本发明范围内(参见图10B的构造)。
图6和图7表示随机存取容器储存系统，它没有使用位于储货架104任一末端的竖直模块102。竖直模块102a-102c使Interbay输送机20a和20b同储货架104a-104d以及地面输送机30相连。如图所示，容器2处于除储货架104b和104d以外的储货架104的所有高度上。沿储货架104a-104d的单独储存位置用字母a至k标识。地面式Intrabay输送机30可与图2所示的输送机相同，但其不局限于此实施例。加工设备隔间需要廊道空间，其在图6中表示为廊道空间13。图7表示加工设备10a和10b。每个储货架104需要一定最小数量的开放空间，从而使存放在储货架104上的容器2可被横向移送至竖直模块102a、102b或102c，以便最终传送至地面输送机30。当每个储货架104在两端延伸超过竖直模块102以用于附加容器储存时，图6的储存系统实施例包括在每个竖直模块102之间具有相同数量的储存位置(例如示出的在每个竖直模块102之间的两个储存位置)。储存系统还具有其它用以储存更多/更少容器的构造。
对于那些具有同等数量的、在每个竖直模块102之间的储存位置(例如位置d和e)以及延伸到每个竖直模块102外的储存位置(例如位置j和k)的模块终端100来说，每个储货架104的储存位置的最大数量(定义为M)例如已被确定为：
M＝T-E＝N×(X+1)
N＝储存系统中的竖直模块的数量；
X＝定位在每个竖直模块之间或每个储存输送机末端的容器储存位置的数量；
T＝N×(X+1)+X＝每个储存输送机水平面上的容器储存位置的总数；
E＝每个储存输送机水平面上的剩余空闲容器储存位置的最小数量。
其它用于计算储存位置最大数量的公式也在本发明的范围内。通过改变竖直模块102的数量和它们的间距，这种模块终端100可以被优化，以期获得最大的储存密度、最大的储量或物流量。
如图6所示，储货架104a具有最大数量的、被容器2占用的储存位置，但仍允许任一容器2从储货架104a被移走。例如，如果存放于位置k的容器2需要从储货架104a卸走，必须将全部九个容器向左移动两个位置，以使存放于位置k的容器2移到位置i。位置i可让竖直模块102c接近，因此容器2可从储货架104a移出到另一个储货架104、悬挂式输送机20或地面输送机30。不是所有储存在储货架104a上的容器2都必须被移动以将容器2放置在竖直模块可接近的位置。例如，如果存放于位置e的容器2必须从储货架104a中卸走，则只有存放于位置c、d和e的容器必须向左移动两个位置，才能将放在位置e的容器2移至竖直模块102a可接近的位置c。存放于位置f-k的剩余容器2根本不必移动。
储货架104c具有小于最大数量的、被容器2占用的储存位置，而且容器2被存放在最有效的位置。例如，存放在储货架104c上的任一容器2在不必移动其它容器2的情况下均可以被收回。这一类型的模块终端100的最佳操作是将容器2仅定位在平均来说允许收回容器2且其它容器2的移动最小的位置上。在一个实施例中，竖直模块102所接收的容器2随后被卸到具有最少容器的储货架104上。在另一个实施例中，当储货架104未被存取时，就像在储货架104c上所示的容器2排列，模块终端100将连续将某储货架104上的容器2移送到“最佳”位置。
图8和图9表示用于支持Intrabay输送机的双向部分的地面输送机30的不同配置，以及表示模块终端100如何服务于这种输送机。图8表示从双向地面输送机30上的加工设备隔间退出的容器2将在导向装置D1处转向，移动穿过输送机出口部32，在导向装置D3处转向，接着移至导向装置D4。在一个实施例中，容器2随后等待竖直模块102变为可用，并在那时从导向装置D4移动到可用的竖直模块102，以便被送到Interbay输送机20或储货架104。退出的容器2还可以在输送机出口部32上排队，从而能获得与竖直模块102操作的最佳同步。
从竖直模块102进入加工设备隔间的容器会沿输送机入口部34移动，在导向装置D2处转向，而后在导向装置D1处并入双向地面输送机30。从输送机入口部34在导向装置D2之前均可以用作容器输入队列。IntrabayAMHS将控制在地面输送机30上的依次移动方向。Intrabay AMHS可以将双向输送机方向改到“入口”方向，并且随后移动入口队列中的所有容器2。之后，Intrabay AMHS可以将方向转变到“出口”方向并移动已经等候在加工设备或其它库存架处的所有容器2。双向输送机30的切换操作也在本发明的范围内，该切换操作依据时间间隔或对每个方向有时间限制的排序方法。
图9表示一个与图8相似的系统，但输送机出口部没有通过D1和D2连接到入口部。相反，每个竖直模块102包括一个能接近输送机出口部32和输送机入口部34的机构。退出的容器2将在输送机出口部32上排队并直接被竖直模块传送机构卸走，而不是如图8所示地环绕至输送机入口部34。竖直模块具有可接近输送机入口部34和输送机出口部32的传送机构，这也允许更多的储存输送机(这里以储货架104e和104f表示)叠置在竖直模块102的输送机出口侧。仅为了清楚起见，示出了两个增加的储存输送机部分，但在入口侧在每个储存输送机(如储货架104a-104d)的对面可以有一个，加上在每台Interbay输送机20a和20b对面的一个(未示出)。
如上所述，地面输送机30或者支撑地面输送机的其它输送系统(例如AGV、RGV等)的这些配置结构不局限于图8和图9所示的叠置的输送机储存系统。例如，图10A表示分别定位在Interbay输送机20a和20b之下的5个储货架104a-104e。每个竖直模块102a、102b和102c接近储货架104a-104e的不同栏以及输送机入口部34。容器2可以在悬挂式输送机20、储货架104和输送机入口部34之间移动，例如利用一个延伸机构或机械手装置。上述机构/装置在本技术领域中是众所周知的，因此不需要在本申请中详加描述。在一个实施例中，每个竖直模块102也可以从就在其下面的输送机出口部32拾起容器2。
上述Interbay输送机20已经是竖向叠置的在线输送机。具有其它结构的Interbay输送机20也在本发明的范围内，包括竖向叠置的非在线输送机和/或在距工厂地面基本相同的高度上互相靠近的输送机。例如，图10A所示的两台Interbay输送机20可以是竖向叠置的(如图10A所示)。或者，两台Interbay输送机20可以定位在离工厂地面基本相同的高度上，但相互间隔开，从而使竖直模块102定位在两个Interbay输送机20(参见图10B)之间。图10B表示Interbay输送机20a和Interbay输送机20b关于同一水平面160竖向对齐。这两台Interbay输送机不必定位在相同的高度上。
图11表示本发明的另一个实施例，即模块终端200的实施例。与上述实施例相似，模块终端200可以设置在沿AMHS系统的任意位置上。图11所示的AMHS系统仍然包括悬挂式输送机20和地面输送机30。这两台输送机可以是Interbay输送机，或是Intrabay输送机。
模块终端200包括上穿行区206、下穿行区208和储存室210。上穿行区206允许上输送机20顺利穿过模块终端200。下穿行区208允许下输送机30顺利穿过模块终端200。因此，在各自输送机上移动的容器2也可以顺利经过模块终端200。
如图11所示，模块终端200包括两个储存室210a和210b。在此实施例中，每个储存室210包括多个储货架(未示出)，每个储货架并排储存两个容器2。模块终端200可以只包括一个储货架或多于两个的储货架。对于模块终端200的传送机构来说，输送单个容器或同时输送多个容器也在本发明的范围和精神内。储存室210可以具有其它构造(例如更多/更少的架子，每个都能储存多于两个容器等)。两个储存室210a和210b提高了模块终端200的储存能力。模块终端200还可以只包括一个储存室210。在包括两个储货架的模块终端200的一个实施例中，传送机构可以同时移动两个容器，或者包括两个可以相互独立移动的传送机构。
图11表示单台Interbay输送机20，它穿过模块终端200的上穿行区206。不过，AMHS系统可以具有许多台竖向叠置的Interbay输送机20(与图4的实施例类似)，每台输送机可以通过为模块终端200增添更多穿行区206而以相同方式穿过模块终端200。
不是所有的AMHS系统都包括两台输送机。例如，普通制造工厂可以只有一台悬挂式输送机20。在这种情况下，模块终端200将只包括上穿行区206以及一个或多个储存室210。如果模块终端200只包括一个储存室201，则优选将储存室201就定位在输送机20的下面(例如储存室201a)，以利用制造工厂中未被占用的空间。
图4至图11所示的模块终端分别是独立的、真正模块式的装置。例如，图8所示的每个竖直模块102a、102b和102c包括其自己的、用于在某竖直模块102内移动容器2的竖向传送机构。如果每个竖直模块102具有诸如70容器移动/小时的输送速率，则图8所示的系统的每小时容器移动总数为210容器移动/小时。通过增加第四个竖直模块，系统能力将增加到280容器移动/小时。因此，在系统中增加额外的竖直模块102不会影响每个单独竖直模块102a、102b和102c的输送速率。
包括多于一个的竖直模块102的模块终端100允许获得灵活的控制系统。例如，单个控制系统可以操作模块终端100中的所有竖直模块102。或者，模块终端100中的每个竖直模块102可以具有自己的控制系统。即插即用控制环境允许将附加的竖直模块102添加到单个模块终端100中，保证了简便安装、快速的启动时间和模块终端100的物流量简单扩增。
图12A和图12B表示与加工设备直接装载相关的图11所示的模块终端200。如图12A所示，储存室210a中的每个储货架储存两个容器。储存室210a中的每个储货架可以只储存一个容器或储存多于两个的容器。在此实施例中，存放于储存室210a中的容器2位于悬挂式输送机20b之下(参见图12B)。输送机(未示出)在悬挂式输送机20a和20b(图12B所示)、储存室210b内的储货架以及地面输送机30之间的移动区218内移动容器2。如上所述，模块终端200根本不需要包括储存室。模块终端200可以只包括竖直模块(如图12B中的移动区218)。在运行中，容器2从悬挂式输送机20或从储货架被下移至地面输送机30。然后，地面输送机30将容器2移送至装载端口12a、装载端口12b或一些其它位置。
图12B表示在三台输送机即悬挂式输送机20a、悬挂式输送机20b或地面输送机30的每一个上移动的容器2顺利通过模块终端200。穿行区212允许在悬挂式输送机20a和20b上移动的容器顺利穿过模块终端200。穿行区214允许在地面输送机上移动的容器顺利穿过模块终端200。图12B还表示模块终端200可以包括第二储存室210b。
图13A至图13C表示用于在悬挂式输送机20a和递回环道输送机122之间输送FOUP2的换道机构126的一个实施例。在此实施例中，换道机构126包括直线传送机构128，其包括夹持机构130和直线导轨或轨道132。如图13A所示，夹持机构130包括刚性主体131和夹持件135。直线轨道132包括第一末端132a和第二末端132b。驱动机构(未示出)在轨道132的第一末端132a和第二末端132b之间沿直线轨道132移动刚性主体131。直线轨道132可以具有任意长度，只要夹持机构130能接触到在悬挂式输送机20a和递回环道输送机122上的容器或FOUP2。直线传送机构128不局限于在悬挂式输送机20a和递回环道输送机122之间移送容器。直线传送机构128还可以在诸如两台地面输送机之间、两台悬挂式输送机之间及类似地方移送容器。两台输送机也不一定被定位在离工厂地面等高的位置上(如图13A至图13C所示)。
图13A表示夹持机构130能够沿竖向(如箭头140所示)和水平方向(由箭头142所指)移动。图13A表示夹持件135接触FOUP的顶部手柄6。在本发明的范围和精神内，夹持机构130可以接触FOUP的其它部分，例如FOUP的侧手柄或底部支撑板，但不局限于此。
在操作中，当FOUP 2停在悬挂式输送机20a上时，夹持件135对准FOUP手柄6并竖直下降(箭头140)，直到夹持件135能接触并夹住FOUP手柄6。夹持机构130接着将FOUP 2提离悬挂式输送机20a。随后，FOUP2水平移向输送机122(图13B所示)，直到FOUP 2与下方的输送机122对齐。夹持机构130随后降下夹持件135，直至FOUP 2落在输送机22上。
夹持件135可以包括主动夹持机械或被动夹持机械。例如主动夹持机械可以包括固定或夹持FOUP的顶部手柄6的机械手。被动夹持件135可以用多种方式工作。例如，夹持件135移入在悬挂式输送机20a上方的“夹持位置”，然后等候沿悬挂式输送机20a移动的FOUP 2，直到FOUP手柄6碰到被动夹持件135。此刻，夹持件135竖直上升并将FOUP2提离悬挂式输送机20a。或者，夹持件135可以等候沿输送机移动并停住的FOUP 2。然后夹持件135从侧面接近FOUP 2并抓住FOUP手柄6，接着FOUP2提离输送机。每种夹持机械在本领域中均为公知，因而在此无需详加描述。
图13A至图13C表示用于在悬挂式输送机20a和递回环道输送机122之间移动FOUP 2的换道机构128的一个实施例。输送机20a和122的构造只用于示范说明。输送机20a和122可以进一步分开，相对制造工厂地面处于不同高度(例如输送机20a包括悬挂式输送机，而输送机122包括地面输送机)等等。换道机构128甚至可以在任意两台输送机之间移动FOUP2。换道机构128(以及在此所述的换道机构的其它实施例)不局限于在悬挂式输送机20a和环道输送机122之间移动FOUP。换道机构可以在任意两个输送系统之间移动FOUP 2。如果输送机20a和122被进一步分开而大于FOUP 2的宽度，则换道机构128可以临时在悬挂式输送机20a和环道输送机122之间保持FOUP 2，而不会妨碍任一台输送机上的输送。这个特点将允许换道机构128立即从悬挂式输送机20a中移走FOUP 2，即使在环道输送机122上没有放置FOUP 2的地方。FOUP 2可以暂时仍停留在悬挂式输送机20a和环道输送机122之间，直到环道输送机122上存在可用的地方。
夹持机构130可以包括被动夹持机构或主动夹持机构。图13A表示抓住FOUP手柄6的夹持机构130。如图13B所示，为了从悬挂式输送机20a上提离FOUP 2，夹持机构130被升起(如箭头140所示)，并开始朝环道输送机122移动FOUP 2。在此实施例中，夹持机构130沿轨道132水平移动(如箭头142所示)。如图13C所示，换道机构128已经降低夹持机构130，以便将FOUP 2放置在环道输送机122上。
图14表示换道机构300的另一个实施例。在此实施例中，换道机构300包括转臂连杆，而不是线性机构(如图13A至图13C所示)，用于在悬挂式输送机20a和输送机122之间移动FOUP 2。换道机构300包括中心毂302、臂304、肘节306和夹持机构308。臂304将肘节306连接到中心毂302上。夹持机构308可旋转地连接在肘节306上。与图13A所示的换道机构126相似，夹持机构308与FOUP手柄6接合。夹持机构308还可以接合或夹持FOUP 2的其它部分。
为了将FOUP 2从输送机上提离和/或放置在输送机上，中心毂302和/或肘节306可以竖直移动。如图14所示，在操作中，夹持机构308接合在输送机20a上的FOUP 2的顶部手柄6(表示为位置A)。在位置A，FOUP2被提离悬挂式输送机20a并被旋转到位置C(画出中间位置B是为了表示FOUP的整个动作)。FOUP 2接着被下放到输送机122上。当从位置A到位置C移动FOUP2时，肘节306的旋转优选与中心毂302的旋转相协调，以保持如图所示在位置A、B和C的FOUP的排列(例如FOUP门4通常面对同一个方向)。输送机20a和122可以按照任意距离间隔开。但是如图14所示，悬挂式输送机20a和输送机122的间距为最短距离，其能在不妨碍任一台输送机上的输送情况下允许FOUP2保持在位置B上(例如，比FOUP的宽度略大的距离)。
图15表示换道机构300如何也可以在悬挂式输送机20a和垂直于悬挂式输送机20a的递回环道输送机122之间输送FOUP 2。此外，换道机构300可以在其它输送机之间移动FOUP 2。如图15所示，在悬挂式输送机20a上处于位置D的FOUP 2被构造成使FOUP门4大致平行于输送机导轨。在输送机122上处于位置E的FOUP 2的FOUP门4也平行于输送机122的输送机导轨。换言之，已经在移送过程中有效地使FOUP 2从位置D转动90度到达位置E。当每台输送机设置在一个与图15所示相似的位置时，图15所示换道机构300的肘节306可以在FOUP 2在悬挂式输送机20a和递回环道输送机122之间传送的期间内相对臂304保持静止不动(不用旋转)。当按照臂304能在转动了90度(例如从位置D到位置E)的情况下仅通过竖向运动将FOUP 2落放在运输机上的方式设置输送机20a和122时，可以在臂长固定的情况下采用不旋转的肘节306。例如，如果需要臂304以大于或小于90度的角度旋转，则也会要求肘节306旋转。
图13至图15所示的换道机构的各实施例可以通过几种不同的方式来支撑。例如，换道机构可以吊挂在吊装构架上或支撑在地面构架上。可以与悬挂式输送机和地面输送机相关地采用任何支撑方法，或者就输送机结构本身来说采用任何支撑方法。
应该理解的是，用于在输送机和装载端口之间输送FOUP的上述机构和方法只用于解释的目的，本发明不应受其限制。在已经描述了用于FOUP输送的方法和系统的优选实施例的情况下，本领域技术人员应该清楚认识道已经获得了该系统的某些内在优点。还应认识到，可以在本发明的范围和精神内做出各种不同的修改、改动和替换实施例。例如，已经描述了在半导体制造工厂中使用输送机，但应该认识到，同样能与其它的非半导体制造应用场合相关地采用本发明的上述许多构想。

Claims (40)

1.一种用于在悬挂式输送系统和地面输送系统之间储存并输送容器的设备，包括：
多个竖向叠置的储货架，每个所述竖向叠置的储货架具有第一末端和第二末端并且就一个共同的竖直平面而言与直接位于最高储货架上方的悬挂式输送系统部分基本上水平对齐；
传送模块，包括：
竖向壳体；
传送机构，用于在所述悬挂式输送系统和所述最高储货架之间在所述竖向壳体内移送容器；
第一平台，用于竖直移动靠近每个所述竖向叠置的储货架的所述第一末端和所述地面输送系统的容器；
第二平台，用于竖直移动靠近除所述最高储货架外的其余每个竖向叠置的储货架的所述第二末端的容器。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征是，每个所述竖向叠置的储货架具有输送机。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征是，所述悬挂式输送系统包括上部输送系统和下部输送系统，所述上部输送系统和下部输送系统就一个共同的竖直平面而言基本上相互水平对齐。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征是，进一步包括用于在所述传送模块的上游储存至少一个容器的递回环道。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征是，进一步包括用于在所述悬挂式输送系统和所述递回环道之间传送容器的换道机构。
6.根据权利要求2所述的设备，其特征是，每台所述输送机包括双向输送机。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征是，进一步包括第二传送模块，所述第二传送模块包括：
第二竖向壳体；
第二传送机构，用于在所述悬挂式输送系统和所述最高储货架之间在所述第二竖向壳体内移送容器。
8.根据权利要求3所述的设备，其特征是，所述传送机构在所述上部输送系统、所述下部输送系统和所述最高储货架之间移送容器。
9.一种用于在悬挂式输送系统和地面输送系统之间储存并输送容器的设备，包括：
多个竖向叠置的储货架，每个所述竖向叠置的储货架具有第一末端和第二末端并且就一个共同的竖直平面而言与直接位于最高储货架上方的悬挂式输送系统部分基本上水平对齐；
传送模块，包括：
竖向壳体，在所述悬挂式输送系统、每个所述储货架和所述地面输送系统的附近经过；
传送机构，用于在所述悬挂式输送系统、所述地面输送系统和每个所述储货架之间在所述竖向壳体内移送容器。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征是，进一步包括第二传送模块，所述第二传送模块包括：
第二竖向壳体，在所述悬挂式输送系统和至少其中一个所述储货架的附近经过；
第二传送机构，用于在所述第二竖向壳体内移送容器。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征是，进一步包括用于在每个所述竖向叠置的储货架的所述第二末端之间竖直移动容器的平台。
12.根据权利要求9所述的设备，其特征是，每个所述竖向叠置的储货架具有输送机。
13.根据权利要求9所述的设备，其特征是，进一步包括用于在所述传送模块的上游储存至少一个容器的递回环道。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征是，进一步包括用于在所述悬挂式输送系统和所述递回环道之间传送容器的换道机构。
15.根据权利要求9所述的设备，其特征是，所述竖向壳体在每个所述竖向叠置的储货架的所述第一末端附近经过。
16.根据权利要求9所述的设备，其特征是，进一步包括另外多个竖向叠置的储货架。
17.根据权利要求16所述的设备，其特征是，每个所述另外多个竖向叠置的储货架具有输送机。
18.根据权利要求16所述的设备，其特征是，所述竖向壳体位于所述多个竖向叠置的储货架和所述另外多个竖向叠置的储货架之间。
19.根据权利要求18所述的设备，其特征是，所述传送机构在所述悬挂式输送系统、每个所述多个竖向叠置的储货架、所述另外多个竖向叠置的储货架和所述地面输送系统之间移送容器。
20.一种系统，用于具有多个加工设备隔间且每个隔间包括第一加工设备和第二加工设备的制造工厂，该系统包括：
地面式Intrabay输送系统，用于在所述第一加工设备和所述第二加工设备之间在所述加工设备隔间内输送容器；
悬挂式Interbay输送系统，用于沿一个基本上垂直于所述地面式Intrabay输送系统在所述第一加工设备和所述第二加工设备之间输送容器的方向的方向移送容器；
竖直传送模块，适于在所述地面式Intrabay输送系统和所述悬挂式Interbay输送系统之间移送容器。
21.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述地面输送系统包括输送机。
22.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述地面输送系统包括有轨小车。
23.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述地面输送系统包括自动导向小车。
24.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述悬挂式输送系统包括输送机。
25.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述悬挂式输送系统包括空中运输车。
26.根据权利要求20所述的系统，其特征是，所述悬挂式输送系统包括空中往返运输车。
27.根据权利要求20所述的系统，其特征是，进一步包括第二竖直传送模块，其适于在所述地面式Intrabay输送系统和所述悬挂式Interbay输送系统之间移送容器。
28.一种用于制造工厂的设备，该制造工厂具有(i)多个加工设备隔间，每个所述加工设备隔间包括第一加工设备和第二加工设备，(ii)用于在所述第一加工设备和所述第二加工设备之间在所述加工设备隔间内输送容器的地面式Intrabay输送系统，以及(iii)沿一个基本上垂直于所述地面式Intrabay输送系统在所述第一加工设备和所述第二加工设备之间移送容器的方向的方向移送容器的悬挂式Interbay输送系统，所述设备包括：
竖直传送模块，适于在所述地面式Intrabay输送系统和所述悬挂式Interbay输送系统之间移送容器。
29.一种用于储存容器并将容器移至和移出容器输送系统的设备，包括：
多个竖向叠置的储货架，每个所述竖向叠置的储货架具有第一末端和第二末端；以及
传送模块，该传送模块包括：
竖向壳体，其在所述容器输送系统和至少其中一个所述储货架的附近经过；
传送机构，用于在所述容器输送系统和至少其中一个所述储货架之间在所述竖向壳体内移送容器。
30.根据权利要求29所述的设备，其特征是，所述多个竖向叠置的储货架就一个共同的竖直平面而言与直接位于最高储货架上方的容器输送系统部分基本上水平对齐。
31.根据权利要求29所述的设备，其特征是，就一个共同的竖直平面而言，所述多个竖向叠置的储货架与直接位于最低储货架下方的容器输送系统部分基本上水平对齐。
32.一种用于在具有工厂地面的制造工厂内在第一容器输送系统和第二容器输送系统之间传送容器的系统，包括：
具有第一末端和第二末端的直线轨道，相对工厂地面而言，所述直线轨道所处的高度高于所述第一或第二容器输送系统的高度；
夹持机构；
驱动机构，用于在所述直线轨道的所述第一末端和所述第二末端之间水平移动所述夹持机构，以及在第一高度和第二高度之间竖直移动所述夹持机构。
33.根据权利要求32所述的系统，其特征是，所述容器包括顶部手柄、一对侧手柄、以及底板。
34.根据权利要求33所述的系统，其特征是，所述夹持机构夹持所述容器的顶部手柄。
35.根据权利要求33所述的系统，其特征是，所述夹持机构夹持所述容器的至少一个侧手柄。
36.根据权利要求33所述的系统，其特征是，所述夹持机构夹持所述容器的底板。
37.根据权利要求32所述的系统，其特征是，所述机械装置包括被动式夹持机构。
38.根据权利要求32所述的系统，其特征是，所述机械装置包括主动式夹持机构。
39.根据权利要求32所述的系统，其特征是，所述夹持机构包括：
具有近端和远端的刚性主体，所述刚性主体的所述近端适于沿所述直线轨道移动；
夹持件，位于所述刚性主体的所述远端上并且用于固定容器。
40.根据权利要求39所述的系统，其特征是，所述夹持件可使容器旋转。
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