JP3852137B2 - 床貫通型の保管棚装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にクリーンルームに設置される保管棚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造は、「クリーンルーム」と呼ばれる特殊な部屋で行われる。この部屋は、クリーンな状態を維持するために、次のような構造になっていることが多い。
（１）天井からフィルタを通した清浄な空気を吹き出すようになっている。
（２）床は「グレーチング」と呼ばれる「すのこ状」の板、あるいは「パンチングメタル」と呼ばれる複数の空気貫通穴をもつ板から構成されている。半導体製造のための装置は、通常、この床面上に設置される。
（３）床下は、天井からの空気の流れが床面を通過しやすいように、また、クリーンルームを運転するための機械類を納めるために大きな空間になっている。
【０００３】
ところで、クリーンルームは、単位面積当たりのコスト（建設費、維持費とも）が高いので、極力、床面積を有効に使用したいという要求がある。
【０００４】
半導体製造の工程上必要な設備として、製造過程にある半導体材料（ウェーハ）を一時保管しておく「ストッカ（保管棚装置）」がある。先の理由により、ストッカは、できるだけ小さな占有面積で、できるだけ多くのウェーハを保管できることが望まれる。
【０００５】
従来のストッカは、他の半導体製造装置と同様に、クリーンルームの床面上に設置されている。図９は従来のストッカの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【０００６】
このストッカ２００は、クリーンルームのグレーチング床Ｇ上に設置されており、外壁構造をなす筐体２０１に、平面状の左右の保管棚ユニット２０２を間隔をおいて対面配置している。保管棚ユニット２０２には、水平方向及び上下方向に格子状に多数の保管部２０３が確保されており、各保管部２０３に保管物Ｈを格納できるようになっている。また、保管棚ユニット２０２間の端部に位置させて、筐体２０１には、外部との間で保管物Ｈを出し入れするための受け渡し部（Ｉ／Ｏポート）２０５が設けられている。
【０００７】
左右の保管棚ユニット２０２の間には、受け渡し部２０５と保管部２０３との間で保管物Ｈの移載を行うスタッカ（移載装置）２１０が設備されている。
このスタッカ２１０は、保管棚ユニット２０２の間を通って水平方向に延びる走行レール２１１と、走行レール２１１上を走行する走行台車２１２の上に立設された昇降コラム２１５と、昇降コラム２１５に支持され昇降駆動される昇降台２１６と、昇降台２１６上に装備された２軸水平ロボット２１７とからなり、２軸水平ロボット２１７の先端のハンドによって保管物Ｈを把持するようになっている。
【０００８】
このストッカ２００における保管物Ｈの入庫手順は以下の通りである。
（１）予め、スタッカ２１０は、２軸水平ロボット２１７のアームを縮めた状態で例えば初期位置に待機している。
（２）その状態で、人手またはロボット等により、受け渡し部２０５に保管物Ｈを置く。
（３）移載の指令により、スタッカ２１０が動作し、待機位置から走行および昇降を行って、昇降台２１６を受け渡し部２０５まで移動させる。
（４）受け渡し部２０５に昇降台２１６が移動したら、２軸水平ロボット２１７のアームを伸ばし、ハンドを受け渡し部２０５内に挿入する。
（５）そして、保管物Ｈをハンドでつかむ。
（６）その状態で、２軸水平ロボット２１７のアームを縮め、保管物Ｈをストッカ２００内に引き込む。
（７）次いで、走行および昇降を行い、保管物Ｈを、保管すべき保管部２０３の位置まで移動する。
（８）移動したら、２軸水平ロボット２１７のアームを伸ばし、ハンドを保管部２０３内に挿入する。
（９）そして、保管物Ｈを保管部２０３の棚上に降ろす。
（１０）次に、２軸水平ロボット２１７のアームを縮め、ハンドを保管部２０３から出し、待機位置に移動して、次の動作の指示があるまで待機する。
【０００９】
保管物Ｈを出庫する際の動作は、上記の動作において、受け渡し部２０５と保管部２０３を入れ替えた動作を行えばよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように、クリーンルームのストッカは、できるだけ小さな占有面積で、できるだけ多くのウェーハを保管できることが要求される。
【００１１】
この点、上記従来のストッカは、クリーンルームの床面から天井までの寸法（通常、約３．５ｍ）に納まる高さに設定されているので、保管部を多くしようとした場合、水平方向の占有面積が増大してしまい、先の要求に応えることができない。
【００１２】
そこで、先の要求に応える策として、これまで使用していなかった床下の空間を利用し、グレーチング床の一部を開口して、天井から床下までのめいっぱいの高さをもつ、高さの高いストッカの実現が望まれている。
【００１３】
しかし、高さの高いストッカを具体化するために、上記従来例の構造を踏襲したまま、単純に高さ方向の寸法を大きくすると、走行台車２１２によって水平方向に移動する昇降コラム２１５の寸法が長くなり、走行動作の起動・停止時に、昇降コラム２１５に大きな転倒モーメントが発生することになる。例えば、昇降コラムの長さを２倍にすると、単純に計算して、重量が２倍、重心高さが２倍になるので、転倒モーメントは４倍になる。したがって、走行をガイドする機構への負荷が増大し、昇降コラムはもちろん、ガイド機構や走行駆動系の構造や重量が肥大化し、設備が大型になる上、コストアップとなるという問題がある。
【００１４】
それに対処するため、円筒形の保管棚の内部に円筒座標型のスタッカを配設することが考えられる。図１０は円筒座標型のストッカ１００の構成を示す。図（ａ）は縦断面図、図（ｂ）は上面図である。
このストッカ１００では、円筒形の保管棚１０１を筐体１０２に一体形成し、その内部にスタッカ１０５を配設している。スタッカ１０５は、垂直に立設された昇降コラム１０６と、昇降コラム１０６を保管棚１０１の中心軸線Ｌの回りに矢印（ロ）のように旋回させる旋回機構１０７と、昇降コラム１０６に沿って矢印（イ）のように昇降させられる昇降台（昇降旋回体に相当）１０８と、昇降台１０８上に矢印（ハ）のように伸縮する伸縮機構（図示略）を介して装備された保管物Ｈ保持用のハンド１０９とからなる。
【００１５】
この円筒座標型のストッカ１００の場合、昇降コラム１０５自体を水平方向に走行させるわけではないから、走行のためのガイド機構等が不要で、設備の肥大化を防止することができる。したがって、高さ寸法を増大させることが容易である。
【００１６】
ところで、ストッカ１００の組立作業は、できるだけクリーンルーム内で行わず、別の場所で組み立てた後でクリーンルーム内に搬入するようにしたい。これは、ストッカ製造者の便宜のためと、組立作業による塵埃の発生を抑えたいためである。
【００１７】
しかし、旋回軸である昇降コラム１０５の最下部と最上部を支持している筐体１０２は、実現しなければならない精度と比較して寸法誤差が大きく、しかも溶接構造やボルトで組み立てる構造なので、部品単体の製作精度のみでは、必要な組立精度を実現することができない。図１１に示すように、旋回軸の中心Ｌ１、即ち昇降台１０８を支持する昇降コラム１０５の旋回中心と、保管棚１０１の中心軸線Ｌとが精度良く一致していないと、保管物Ｈに対するハンド１０９の位置がずれるため、保持動作に支障を来す可能性がある。そのため、搬入・据え付け後に、特に昇降コラム１０５の上端の回転支持位置を、図１０に示す位置調整機構１１０で調整する必要がある。
【００１８】
このストッカ１００の搬入・据え付け作業は以下のように行うことになる。
（１）ほとんど組み上がった状態のストッカ１００を、クリーンルームに搬入する。
（２）ストッカ１００の筐体１０２を据え付け場所に据え付ける。
（３）ストッカ１００全体の水準を出す。
（４）昇降コラム１０８の最上部の回転支持部の取り付け位置を水平方向に調整し、昇降コラム１０８を鉛直に立てる。
以上のように旋回中心と保管棚１０１の中心軸線を一致させることにより、入出庫動作が支障なく行えるようになる。
【００１９】
しかし、単純に高さ方向の寸法を大きくして、天井から床下までのめいっぱいの高さをもつストッカを実現しようとすると、以下のような問題がある。
【００２０】
即ち、ストッカは、一体構造では高さ寸法が大き過ぎて、クリーンルーム内に搬入できない。搬入するには、搬入可能な大きさの複数のユニットに分割し、搬入後に容易に組立できる構造にする必要があるが、単純に分割するだけでは、ますます前記の旋回中心と保管棚の中心軸線の一致が難しくなる。
【００２１】
本発明は、上記事情を考慮し、組立て、据付けが容易にでき、しかもスタッカの旋回中心と保管棚の中心軸線を容易に精度良く一致させ得る床貫通型の保管棚装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、床を貫通し、床下空間から床上空間に延びる円筒形の保管棚と、保管棚の内部に配設された円筒座標型のスタッカとを備えた床貫通型の保管棚装置であって、前記保管棚を、それを収容保持する筐体を備えた床下ユニット及び床上ユニットと、床上ユニットに形成した切欠部に嵌まる受け渡し部ユニットの３つに分割して互いに連結可能とすると共に、前記切欠部の高さ範囲を、床上ユニットの下端から受け渡し部ユニットの上端までの範囲に設定し、床下ユニット及び床上ユニットの各筐体部に対して各保管棚部を水平方向に位置調整可能とし、且つこれら各ユニットの筐体部で保管棚部の荷重を支持するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１において、前記スタッカが、前記保管棚の中心軸線に沿って昇降し且つ同中心軸線回りに旋回する昇降旋回体の昇降案内用の昇降コラムを有し、該昇降コラムが上下方向に連結可能に複数に分割され、且つ昇降コラムの分割面の１つが、前記床上ユニットに形成した切欠部の高さ範囲内にあることを特徴とする。
【００２４】
請求項３の発明は、請求項２において、前記昇降コラムが、最上部と最下部で前記筐体に支持され、最上部には昇降コラムの水平方向支持位置を調整する位置調整機構が設けられていることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は実施形態のストッカ（保管棚装置）Ｍの全体構成を示す縦断面図、図２及び図３は同ストッカを組立てている様子を示す斜視図である。
このストッカＭは、クリーンルームＣＲのグレーチング床Ｇを貫通し、床下空間ＹＫの床面Ｙから床上空間（クリーンルームＣＲ）の天井Ｔ近くまでの目いっぱいの高さを有するものであり、床下空間ＹＫから床上空間に延びる円筒形の保管棚２及びそれを収容保持する角形の筐体１と、保管棚２の内部に配設された円筒座標型のスタッカ１０５とを備えたものである。
【００２６】
このストッカＭは、上下に複数のユニットに分割されている。グレーチング床Ｇより上側（以下、床上という）は、床上ユニットＡと、Ｉ／Ｏポートユニット（受け渡し部ユニット）Ｅとに分割され、グレーチング床Ｇより下側（以下、床下という）は、上側の床下ＵユニットＢと、その下側の床下ＬユニットＣと、さらにその下側の機械室ユニットＤとに分割されている。また、昇降コラム１０６は、上部、中部、下部に３ユニットに分割され、上部ユニット１０６Ａは床上ユニットＡに組み込まれ、下部ユニット１０Ｃは機械室ユニットＤに組み込まれている。また、中間部ユニット１０６Ｂは単独で用意されている。
【００２７】
図４、図５はそれぞれ床下ＵユニットＢと床上ユニットＡの構成の詳細を示している。図１〜図５の適宜の図に示すように、床上ユニットＡ、床下ＵユニットＢ、床下ＬユニットＣは、それぞれ筐体２を適当高さで分割した筐体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃと、保管棚２を適当高さで分割した保管棚部２Ａ、２Ｂ、２Ｃをそれぞれ備える。また、これらユニットＡ、Ｂ、Ｃの各筐体部１Ａ、１Ｂ、１Ｃには、保管棚部２Ａ、２Ｂ、２Ｃのフランジ部１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃを載置するよう保管棚部２Ａ、２Ｂ、２Ｃの荷重を支持する支持部１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃが設けられている。床下ＵユニットＢの保管棚部２Ｂの上端は、筐体部１Ｂよりも高い位置に設定され、据付け状態でグレーチング床Ｇよりも上方に突出するようになっている。なお、機械室ユニットＤには筐体１Ｄのみで、保管棚部は設けられていない。
【００２８】
また、機械室ユニットＤのベース部５と、その上に位置する床下ＬユニットＣの保管棚部６の接続部には、水平方向の位置決めを行い、水平方向に両者を連結する水平位置合わせ機構６が設けられている。同様に、床下ＵユニットＢと床下ＬユニットＣの両保管棚部２Ｂ、２Ｃの接合部には水平位置合わせ機構７が設けられ、床上ユニットＡと床下ＵユニットＢの両保管棚部２Ａ、２Ｂの接合部には水平位置合わせ機構８が設けられ、床上ユニットＡの上端に配置した位置合わせ部材１０と、同ユニットＡの保管棚部２Ａの接合部には水平位置合わせ機構９が設けられている。位置合わせ部材１０は、昇降コラム１０６の上端を回転支持するものであり、位置合わせ部材１０を水平位置調整機構１１で位置調整することにより、保管棚２と昇降コラム１０６の相対位置を精度良く位置合わせできるようになっている。
【００２９】
床上ユニットＡは側面の一部に切欠部４が設けられており、その切欠部４にＩ／ＯポートユニットＥが嵌まるようになっている。この場合の切欠部４の高さ範囲は、床上ユニットＡの下端から、Ｉ／ＯポートユニットＥの上端までの寸法に設定されている。また、昇降コラム１０６の中間ユニット１０６Ｂと上部ユニット１０６Ａの合わせ面（分割面）が、その切欠部４の高さ範囲内にある。
【００３０】
据付け時点での保管棚２の水平方向の位置決めは、スタッカ１０５の最下部と最上部の位置を基準にして行い、保管棚部２Ａ，２Ｂ、２Ｃ同士の連結は、水平方向の位置のみを決める位置合わせ機構７、８によって行う。なお、位置合わせ機構７、８を合わせることにより、スタッカ１０５の旋回中心Ｌ１と回転棚２の中心軸線Ｌが一致するようになっている。よって、スタッカ１０５の最上部の取り付け位置を調整しても、それに伴って保管棚２も移動するので、常に、保管棚２の中心軸線Ｌとスタッカ１０５の旋回中心Ｌ１とが一致することになる。
【００３１】
次に作用を説明する。
保管物を入出庫する動作は従来例と同様であるので、ここでは説明しない。
ストッカＭの搬入・据え付け作業は以下の通りに行う。図６〜図８を用いて説明する。各項の符号は図の符号を対応している。ユニットの搬入は、グレーチング床Ｇの上の部屋（クリーンルームＣＲ）から行う。
（ａ）まず最初に、機械室ユニットＤを床上から床下に降ろし、
（ｂ）床面Ｙに据え付け、水準を出す。
（ｃ）次に、床下ＬユニットＣを床上から床下に降ろし、
（ｄ）機械室ユニットＤに重ね、筐体部１Ｄ、１Ｃ同士を連結する。また、スタッカ１０６の下部の位置決め基準を兼ねたベース部５と、床下ＬユニットＣの保管棚部２Ｃとを水平位置合わせ機構６で連結する。
（ｅ）昇降コラム１０６の中間部ユニット１０６Ｂを床上から床下に降ろし、
（ｆ）機械室ユニットＤの昇降コラムか部ユニット１０６Ｃと連結する。
（ｇ）次に、床下ＵユニットＢを床上から床下に降ろし、
（ｈ）床下ＬユニットＣに重ね、筐体部１Ｂ、１Ｃ同士、保管棚２Ｂ、２Ｃ同士を連結する。
（ｉ）次に、床上ユニットＡをグレーチング床Ｇ上で横移動させ、
（ｊ）切欠部４から、床下ＵユニットＢ上に移動して重ね、筐体部１Ａ、１Ｂ同士、保管棚２Ａ、２Ｂ同士、昇降コラムのユニット１０６Ａ、１０６Ｂ同士を連結する。
（ｋ）、（ｌ）Ｉ／ＯポートユニットＥを床上ユニットＡの切欠部４に嵌め込み連結する。
（ｍ）スタッカの旋回軸の上端支持部の取り付け位置を水平方向に調整し、旋回軸、この場合昇降コラム１０６を鉛直に立てる。これに伴い、保管棚２も移動し、保管棚２の中心軸線Ｌとスタッカ１０５の旋回中心とが一致する。この際、保管棚２の上から下までの中心軸線とスタッカ１０５の旋回中心とが精度良く一致することになり、組み立てが完了する。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１発明によれば、保管棚を、筐体を含めて搬入可能な大きさのユニットに分割し、各筐体部に対して各保管棚部を水平方向に位置調整可能とし且つこれら各ユニットの筐体部で保管棚部の荷重を支持するようにしたので、搬入と据付けの容易な、天井から床下までの目いっぱいの高さをもつストッカを実現することができる。しかも、保管棚の荷重は筐体で受け持つが、保管棚を筐体に対して水平方向位置調整可能としたので、搬入、据付け後に、スタッカと保管棚部とを簡単に位置合わせすることができる。よって、スタッカの旋回中心を保管棚の中心軸線に精度良く位置合わせすることができ、スタッカの動作に支障を生じることがなくなる。
【００３３】
また、請求項２の発明のように昇降コラムを分割すれば、連結作業も簡単にできる。また、請求項３の発明によれば、昇降コラムを最上部で位置調整するだけで、鉛直に立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成を示す縦断面図である。
【図２】本発明の実施形態の床下側の構成を示す分解斜視図である。
【図３】本発明の実施形態の床上側の構成を示す分解斜視図である。
【図４】（ａ）は本発明の実施形態の床下Ｕユニットの斜視図、（ｂ）は保管棚部２Ｂを載せる前の部分斜視図である。
【図５】本発明の実施形態の床上ユニットの斜視図である。
【図６】本発明の実施形態の組立て工程図（ａ）〜（ｄ）である。
【図７】本発明の実施形態の組立て工程図（ｅ）〜（ｈ）である。
【図８】本発明の実施形態の組立て工程図（ｉ）〜（ｌ）である。
【図９】従来例のストッカの構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側断面図である。
【図１０】本発明者が案出した円筒座標型のストッカの構成図で、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上面図である。
【図１１】図１０のストッカの旋回中心と保管棚の中心軸線の関係の説明に用いる平面図である。
【符号の説明】
Ｍ スタッカ（保管棚装置）
１ 筐体
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ 筐体部
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 保管棚部
４ 切欠部
６，７，８，９ 水平位置合わせ機構
１１ 水平位置調整機構
１０５ ストッカ
１０６ 昇降コラム
Ｇ グレーチング床
ＣＲ クリーンルーム（床上空間）
ＹＫ 床下空間
Ａ 床上ユニット
Ｂ 床下Ｕユニット
Ｃ 床下Ｌユニット
Ｅ Ｉ／Ｏポートユニット（受け渡し部ユニット）
Ｌ 保管棚の中心軸線
Ｌ１ スタッカの旋回中心

Claims (3)

1. 床を貫通し、床下空間から床上空間に延びる円筒形の保管棚と、保管棚の内部に配設された円筒座標型のスタッカとを備えた床貫通型の保管棚装置であって、
   前記保管棚を、それを収容保持する筐体を備えた床下ユニット及び床上ユニットと、床上ユニットに形成した切欠部に嵌まる受け渡し部ユニットの３つに分割して互いに連結可能とすると共に、
   前記切欠部の高さ範囲を、床上ユニットの下端から受け渡し部ユニットの上端までの範囲に設定し、
   床下ユニット及び床上ユニットの各筐体部に対して各保管棚部を水平方向に位置調整可能とし、且つこれら各ユニットの筐体部で保管棚部の荷重を支持するようにしたことを特徴とする床貫通型の保管棚装置。
2. 前記スタッカが、前記保管棚の中心軸線に沿って昇降し且つ同中心軸線回りに旋回する昇降旋回体の昇降案内用の昇降コラムを有し、該昇降コラムが上下方向に連結可能に複数に分割され、且つ昇降コラムの分割面の１つが、前記床上ユニットに形成した切欠部の高さ範囲内にあることを特徴とする請求項１記載の床貫通型の保管棚装置。
3. 前記昇降コラムが、最上部と最下部で前記筐体に支持され、最上部には昇降コラムの水平方向支持位置を調整する位置調整機構が設けられていることを特徴とする請求項２記載の床貫通型の保管棚装置。

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