JP3941194B2 - キャリア用載置装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クリーンルーム内の半導体ウェーハを処理する各種装置に、半導体ウェーハを収納したキャリアを位置決めして載置するキャリア用載置装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、クリーンルーム内における半導体デバイス製造システムにおいては、半導体ウェーハを複数枚収納したキャリアを、天井搬送車、軌道式搬送車或いはオペレータ自ら半導体プロセス処理装置、検査装置或いはストッカに搬送しながら処理する事が行われている。ここで、キャリアとは、ＭＥ（Mini Enviroment)ボックス、ＦＯＵＰ(Front Open Unifieｄ Pod )、カセット等の搬送用容器の総称である。
【０００３】
このような半導体デバイス製造システムにおいて、キャリアに収納された半導体ウェーハの処理や保管のために、キャリアは半導体プロセス処理装置等の載置部に水平状態で位置決め載置される。このキャリアの位置決めは、載置部上に３角形状に位置固定された３つのピン部材に、キャリアの底に同じく３角形状に固定された３つのＶ溝付きピン凹部材を嵌合することにより行われ、キネマティックカップルと称されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、キャリアを載置部に移載する際に、各ピン部材と各ピン凹部材との衝突でキャリアに衝撃を与える恐れがある。この衝撃は、キャリア内の半導体ウェーハを振動させ、チッピング（欠損）やパーティクル（塵）等を発生させ、製品の歩留りを低下させるものである。このため、キャリアを移載する際には、載置部の各ピン部材の近傍で出来るだけゆっくり慎重に、各ピン部材と各ピン凹部材との嵌合を行って位置決めする必要があり、高速移載の妨げとなっていた。特に、天井搬送車、ＡＧＶ、軌道搬送車などの自走式搬送車により、キャリアをゆっくり移載したのでは、これらの搬送性能である搬送量／単位時間を十分に活用できない。
【０００５】
本発明は、移載の際にキャリアに作用する衝撃を吸収することで、被搬送物に損傷をなくし、もってキャリアの高速移載を実現できるキャリ用載置装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のキャリア用載置装置は、
請求項１では、被搬送物を収納する、位置決めのためのピン凹部材が形成されたキャリアが移載される載置部と、該キャリアが前記載置部に載置される際に前記ピン凹部材に嵌合させて前記キャリアの位置決めを施すための前記載置部に配置されたピン部材とを有してなるキャリア用載置装置であって、前記ピン部材と前記ピン凹部材とが嵌合する際に前記ピン部材が収納される前記載置部に形成された緩衝室と、前記ピン部材と前記ピン凹部材とが嵌合する際に前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する速度を減衰させる前記緩衝室内に配置された緩衝部材とをさらに有しているものである。
キャリアを載置部に移載する際に、緩衝室内へと移動する各ピン部材の速度を緩衝部材で減衰させてキャリアに作用する衝撃を吸収できるので、被搬送物に損傷を与えることなく、高速移載が可能となる。
【０００７】
請求項２では、請求項１において、前記ピン部材が、前記緩衝室内を摺動するピストンを一体的に有しており、前記緩衝部材が、前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する方向に関して前記ピストンと前記緩衝室の内面との間の気体によるエアダンパであるものである。
【０００８】
請求項３では、請求項２において、前記緩衝室内において前記ピストンに対して前記エアダンパとは反対側の空間と前記エアダンパ内の空間とを連通させる孔が前記ピストンに形成されているものである。
【０００９】
請求項６では、前記緩衝部材は、前記各ピン部材を前記載置部から突出させるように付勢できる弾性機能を有してなるものである。
キャリアを載置部から搬送した後に、緩衝部材の弾性機能により各ピン部材を元の状態に復帰させることができる。
【００１０】
請求項５では、請求項１〜４のいずれかにおいて、前記緩衝室内には、前記ピン部材を前記載置部から突出させるように付勢するバネ部材を配置してなるものである。
キャリアを載置部から搬送した後に、バネ部材によって各ピン部材を元の状態に復帰させることができる。
【００１１】
請求項４では、請求項１において、前記緩衝部材が、前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する方向に関して前記ピン部材と前記緩衝室内の内面との間に配置されたゲル状物質であるものである。
【００１２】
請求項７では、請求項１のものに、前記キャリアは、半導体ウェーハを収納するものであり、前記載置部の上方に設けられた軌道を走行する天井搬送システムで把持されて、該載置部上に又はその逆に搬送されるものである。
天井搬送車により移載しても、キャリアを載置部に水平状態で載置しつつ作用する衝撃を緩衝機能で吸収して、半導体ウェーハに欠損やパーティクル等を生じさせずに高速移載ができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態におけるキャリア用載置装置について、図面を参照しつつ説明する。
【００１４】
図１において、キャリア用載置装置１は、例えば、半導体デバイス製造システムに用いられる半導体プロセス処理装置２に突設されたロードポート３（載置部）と、該ロードポート３に移載されるキャリア４を位置決め載置する位置決め機構５（位置決め手段）とを備えてなっている。
【００１５】
キャリア４は、ＭＥ（Mini Enviroment)ボックス、ＦＯＵＰ(Front Open Unified Pod)、ウェーハカセット等の搬送用容器であって、例えば直径３００ｍｍの半導体デバイス用ウェーハＷ（以下、単に「半導体ウェーハＷ」という）を収納するものである。このキャリア４の一例として、図２に示すＦＯＵＰについて説明すると、ＦＯＵＰは、前面が開口１０となり、後面が湾曲となった側壁の上下面を囲ったボックス形状であって、多数枚の半導体ウェーハＷを上下に積み重ね状態に差し込み可能とする棚を有するものである。ＦＯＵＰの前面の開口１０には、蓋１１が自動開閉機構により開閉可能に取り付けられている。尚、半導体ウェーハＷを収納するキャリア４としては、前面の開口１０を蓋１１で開閉しないＦＯＵＰの他に、ＭＥボックス、オープンカセット等の種々のものが用いられる。
【００１６】
位置決め機構５（位置決め手段）は、ロードポート３上に設けられた３つのピン部材３０と、該各ピン部材３０に嵌合自在としてキャリア４に設けられた３つのピン凹部材４０とを有し、該各ピン部材３０に衝撃を吸収する緩衝機能を持たせたものである。各ピン部材３０は、先端球状のピン３４を一定量ｈだけ突出するようにロードポート３に三角形状で配置されている。この各ピン部材３０の配置は、図３に示すように、半導体プロセス処理装置２の扉２ａ側でロードポート３の中心線ａに左右対称に２つのピン部材３０を配置し、残りのピン部材３０を中心線ａ上のロードポート３先端側に配置することで、各ピン部材３０を三角形状に配置する。各ピン凹部材４０は、図３に示すように、各ピン部材３０に対峙して嵌合できるようにキャリア４の底４ａに三角形状として配置されている。各ピン凹部材４０は、図４に示すように、各ピン４０の先端球状に嵌合される、例えばＶ溝４０ａを有しており、各Ｖ溝４０ａは各ピン部材３０との嵌合によりキャリア４を移動不能とするように形成されている（図３参照）。
【００１７】
これにより、例えば図２に示すＦＯＵＰをロードポート３に移載する際に、各ピン部材３０と各ピン凹部材４０とを嵌合すると、図３に示すように、ＦＯＵＰは径及び周方向への移動が規制されて、前面の開口１０が半導体プロセス処理装置２の扉２ａに対峙する水平状態で位置決め載置でき、これらの部材３０，４０との嵌合でＦＯＵＰに作用する衝撃を各ピン部材３０の緩衝機能により吸収できる。尚、ピン部材３０とピン凹部材４０の配置数は、３つで、この結合をキネマティックカップリングと呼んでいる。
【００１８】
次に、図５〜図９において、ロードポート３に配置された各ピン部材３０と、該各ピン部材３０が持っている緩衝機能の具体的な構成を示しており、以下に説明する。尚、図５〜図９において、同一符号は同一部材を示しており、重複説明を省略する。
【００１９】
図５のピン部材３０は、ロードポート３内側に設けられたシリンダ３１の緩衝室３２内を摺動するピストン３３と、該ピストン３３に連設されてロードポート３外側に一定量ｈだけ突出される先端球状のピン３４とで形成されている。ピン３４はロードポート３内側に当接する鍔部３５でその突出量ｈが規制されている。緩衝室３２内はシリンダ３１の突起３６によって上下に区分されており、ピン３４が貫通する上側（ロードポート３側）にバネ部材３７を配置し、ピストン３３が摺動する下側（シリンダ３１の底３１ａ側）に緩衝部材３８を配置している。バネ部材３７はピン３４に外嵌されたコイルバネであって、該ピン３４の鍔部３５とシリンダ３１の突起３６との間に介装されてピン部材３０をロードポート３側に付勢している。緩衝部材３８はピストン３３とシリンダ３１の底３１ａとの間に形成されるエアダンパであって、該エアダンパのエア（気体）はピストン３３の微小孔３３ａを通してシリンダ３１の底３１ａ側と突起３６側に流出入自在にされている。又、必要に応じて、緩衝室３２にエア抜きとしてエア抜き手段を連結する。
【００２０】
この構成において、各ピン部材３０は、図５（ｂ）に示すように、キャリア ４の移載による各ピン凹部材４０のＶ溝４０ａとの嵌合で、キャリア４を移動不能に位置決めすると共にバネ部材３７のバネ力に抗して緩衝室３２内に移動される。又各ピン部材３０は、キャリア４の搬送による各ピン凹部材４０との嵌合解除で、図５（ａ）に示すように、バネ部材３７のバネ力によってロードポート３側に移動されて、ピン３４が一定量ｈだけ突出する元の状態に復帰させられる。そして、各ピン部材３０が緩衝室３２内に移動されると、図５（ｂ）に示すように、エアダンパ３８のエアを微小孔３３ａから突起３６側の徐々に流出させることで、その速度減衰が行われてキャリア４に作用する衝撃を吸収すると共に、該キャリア４をロードポート２に対して隙間ｔを隔てる位置に載置させる。
【００２１】
図６のピン部材３０は、図５の緩衝部材３８のエアダンパに変えてゲル状物資で形成される緩衝機能を持っているものである。
この構成において、各ピン部材３０は、図６（ｂ）に示すように、キャリア４の移載による各ピン凹部材４０のＶ溝４０ａとの嵌合で、キャリア４を移動不能に位置決めすると共にバネ部材３７のバネ力に抗して緩衝室３２内に移動される。又各ピン部材３０は、各ピン凹部材４０との嵌合解除で、図６（ａ）に示すように、バネ部材３７のバネ力によってロードポート３側に移動されて元の状態に復帰させられる。そして、各ピン部材３０が緩衝室３２内に移動されると、図６（ｂ）に示すように、緩衝用に作られたゲル状物質を押し潰すことで、その速度減衰が行われてキャリア４の衝撃を吸収しつつ隙間ｔを隔てる位置に載置させる。
【００２２】
図７のピン部材３０は、図５のバネ部材３７を配置することなく、緩衝部材３８を弾性材（スポンジ、ゴム、樹脂や金属等）で形成することで、緩衝機能とバネ機能とを合わせて持っているものである。
この構成において、各ピン部材３０は、図７（ｂ）に示すように、キャリア４の移載による各ピン凹部材４０のＶ溝４０ａとの嵌合で、キャリア４を移動不能に位置決めすると共に緩衝部材３８を弾性変形させつつ緩衝室３２内に移動される。又、各ピン部材３０は、各ピン凹部材４０との嵌合解除で、図７（ａ）に示すように、緩衝部材３８の弾性力によってロードポート３側に移動されて元の状態に復帰させられる。そして、各ピン部材３０が緩衝室３２内に移動されると、図７（ｂ）に示すように、緩衝部材３８の弾性変形によりその速度減衰が行われてキャリア４の衝撃を吸収しつつ隙間ｔを隔てる位置に載置させる。
【００２３】
図８のピン部材３０は、図５の緩衝部材３８を配置することなく、バネ部材３７外周を緩衝材３７ａ（ゴム等）で被覆して一体化することで、緩衝機能とバネ機構とを合わせ持っているものである。
この構成において、各ピン部材３０は、図８（ｂ）に示すように、キャリア４の移載による各ピン凹部材４０のＶ溝４０ａとの嵌合で、キャリア４を移動不能に位置決めすると共バネ部材３７のバネ力に抗して緩衝室３２内に移動される。又各ピン部材３０は、キャリア４の搬送による各ピン凹部材４０との嵌合解除で、図８（ａ）に示すように、バネ部材３７のバネ力によってロードポート３側に移動されて元の状態に復帰させられる。そして、各ピン部材３０が緩衝室３２内に移動されると、図８（ｂ）に示すように、バネ部材３７を被覆する緩衝材３７ａが変形されることで、その速度減衰が行われてキャリア４の衝撃を吸収しつつ隙間ｔを隔てる位置に載置させる。
【００２４】
図９のピン部材３０は、緩衝部材３８を介してロードポート３上に固定配置されている。緩衝部材３８はピン部材３０に一体に設けられており、ピン部材３０とピン凹部材４０との嵌合で圧縮されてキャリア４に作用する衝撃を吸収するものである。又、緩衝部材３８は、キャリア４の搬送によるピン凹部材４０の嵌合解除で、ピン部材３０を元の状態に復帰させる機能をも兼ね備えている。したがって、緩衝部材３８としては、衝撃を吸収する際にピン部材３０を座屈させることなく、元の状態に復帰させることのできる弾性材（ゴム、樹脂等）を用いることが好ましい。
【００２５】
このように、本発明のキャリア用載置装置１によれば、位置決め機構５の各ピン部材３０と各ピン凹部材４０との嵌合で、キャリア４をロードポート３に水平状態に位置決めし、且つ各ピン部材３０が持っている緩衝機能により、各部材３０，４０の嵌合でキャリア４に作用する衝撃を吸収できる。この結果、キャリア４をロードポート３に移載する際、高速で移載しても、半導体ウェーハＷを振動させることなく、欠損やパーティクル等の発生を防止できる。
【００２６】
尚、本発明のキャリア用載置装置１では、半導体デバイス製造システムに用いられる半導体プロセス処理装置２に適用した場合について説明したが、これに限定されるものでなく、如何なる装置相互間でキャリア４を搬送して移載するものに適用しても良い。
【００２７】
又、本発明のキャリア載置装置１では、各ピン部材３０に緩衝機能を持たせたのもを説明したが、各ピン凹部材４０を弾性材（ゴム、樹脂等）で形成することで緩衝機能を持たせるようにしても良い。
【００２８】
次に、図１〜図９で説明したキャリア用載置装置が、半導体デバイス製造システムに適用された場合について図１０により説明する。
【００２９】
クリーンルーム１００内に配置された半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３等の間で、半導体ウェーハＷを搬送する搬送システムとして、半導体ウェーハＷが複数枚単位で収納されたキャリア４（ＦＯＵＰ）を吊下げ状態で搬送する天井搬送車１０４が用いられる。天井搬送車１０４は軌道１０５に沿って走行自在であり、軌道１０５、天井搬送車１０４等で天井搬送システムが構成される。
【００３０】
天井搬送システムの軌道１０５は、クリーンルーム１００内に並設された複数の半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３のロードポート３の上方に配置されたループ状となっている。天井搬送車１０４は、走行部と、キャリア４を吊下げ状態で把持するハンド部１０７と、ハンド部１０７を昇降自在に吊下げるハンド吊下げ部材１０８とで構成されている。
【００３１】
天井搬送システムにより、キャリア４に収納された半導体ウェーハＷを搬送するためには、上記走行部を軌道１０５に走行させることで、ハンド部１０７を半導体プロセス処理装置２のロードポート３上に移動させる。続いて、図示しない位置調製機能によって、ハンド部１０７がロードポート３の真上に位置されるように微調整を行う。そして、ハンド吊下げ部材１０８を伸ばすことで、ハンド部１０７をロードポート３上にあるキャリア４を把持できる位置まで降ろし、ハンド部１０７の爪（図示しない）を開閉作動させることでキャリア４の上部把手部を掴み、ハンド吊下げ部材１０８を巻き上げことで半導体ウェーハＷを収納したキャリア４を天井搬送車１０４に一体にする。
【００３２】
ハンド部１０７が巻き上げられ固定された後に、上記走行台車部を軌道１０５に沿って走行させる事で、他の半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３等のロードポート３上に搬送し、ハンド部１０７と、キャリア４の各ピン凹部材４０が各ピン部材３０のそれぞれに対峙するように位置調節を行った後に、ハンド吊下げ部材１０８を伸ばす事で他の半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３のロードポート３上にキャリア４を移載する。この状態で、ハンド部１０７の爪を開作動する事で、キャリア４を各部材３０，４０の嵌合によりロードポート３上に水平状態で載置し、再びハンド吊下げ部材１０８を巻き上げる事で、次回の搬送に移行する。
【００３３】
この様に、天井搬送システムにより、キャリア４を各半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３のロードポート３に移載する際には、各ピン部材３０と各ピン凹部材４０との嵌合でキャリア４をロードポート３上に水平状態として位置決め載置できる。そして、移載の際にキャリア４に作用する衝撃は、エアダンパ、ゲル状物質やスポンジ（弾性材）等の緩衝部材で吸収されて、半導体ウェーハＷに欠損、パーティクル等を発生させることなく、高速移載できる。この結果、天井搬送システムによる搬送性能（搬送量／単位時間）を有意義に発揮させて、半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３間でのキャリア４（半導体ウェーハＷ）の搬送効率を向上させることが可能となる。
【００３４】
尚、半導体デバイス製造システムにおいて、キャリア４を搬送するものとして天井搬送システムについて説明したが、これに限定されるものでなく、クリーンルーム１００の床を自走するロボットアームを有する軌道式搬送車、ＡＧＶ等により、半導体プロセス処理装置２やストッカ１０３のロードポート３にキャリア４を移載するものに適用しても良い。この場合にも、キャリア４の半導体ウェーハＷにパーティクルを発生させることなく、高速移載でき、軌道式搬送車やＡＧＶの搬送性能を有意義に活用できる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のキャリア用載置装置によれば、位置決め手段の各ピン部材と各ピン凹部材との嵌合でキャリアを載置部に水平状態に位置決めし、且つ各ピン部材又は各ピン凹部材が有する緩衝機能により、移載時にキャリアに作用する衝撃を吸収できる。この結果、キャリアを載置部に移載する際に、被搬送物に損傷を与える事なく、高速移載を実現できる。
【００３６】
又、各ピン部材の緩衝機能としては、各ピン部材と各ピン凹部材との嵌合で、載置部内に移動される各ピン部材を緩衝室内の緩衝部材により減衰させる形態と、載置部側に移動させる各ピン部材を緩衝部材で減少する形態とがある。各ピン部材の移動と緩衝部材とからなる簡単な構造で、移載されるキャリアに作用する衝撃を十分に吸収できる。
【００３７】
更に、緩衝部材に弾性機能を持たせると、キャリアを載置部から搬送した後に、各ピン部材を元の状態に復帰させる部材を別途配置する必要がなく、連続した高速移載を実現できる。
【００３８】
又、緩衝室内にバネ部材を配置すると、キャリアを載置部から搬送した後に、各ピン部材を元の位置に復帰でき、連続した高速移載を実現できる。
【００３９】
又、必要に応じて、緩衝室にエア抜き手段を設けると、緩衝室内からエアと共に被搬送物に影響を与える塵等を排出でき、緩衝室内から載置部を通して塵等が外部に流出することを防止できる。半導体デバイス製造のクリンルームでは、緩衝室内からクリーンルーム内に塵等の漏洩を防止でき、半導体ウェーハ等に影響を与えない。
【００４０】
更に、キャリアに半導体ウェーハを収納し、該キャリアを天井搬送システムで搬送する形態とすると、移載の際にキャリアに作用する衝撃は、緩衝部材で吸収されて、半導体ウェーハに欠損、パーティクル等を発生させることなく、高速移載できる。この結果、天井搬送システムによる搬送性能（搬送量／単位時間）を有意義に発揮させて、半導体プロセス処理装置やストッカ間でのキャリア（半導体ウェーハ）の搬送効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】キャリア用載置装置を、半導体プロセス処理装置に適用した斜視図である。
【図２】キャリアの一例であるＦＯＵＰを示す斜視図である。
【図３】ロードポートとキャリアに設けられる位置決め機構の配置、構成を示す上面図である。
【図４】位置決め機構のピン部材とピン凹部材との嵌合状態を示す拡大図である。
【図５】位置決め機構のピン部材と、ピン部材が持っている緩衝機能を示す拡大図である。
【図６】位置決め機構の第１変形例におけるピン部材と、ピン部材が持っている緩衝機能を示す拡大図である。
【図７】位置決め機構の第２変形例におけるピン部材と、ピン部材が持っている緩衝機能を示す拡大図である。
【図８】位置決め機構の第３変形例におけるピン部材と、ピン部材が持っている緩衝機能を示す拡大図である。
【図９】位置決め機構の第４形例におけるピン部材と、ピン部材が持っている緩衝機能を示す拡大図である。
【図１０】本発明のキャリア用載置装置が適用された半導体デバイス製造システムの斜視図である。
【符号の説明】
１ キャリア用載置装置
２ 半導体プロセス処理装置（対象装置）
３ ロードポート（載置部）
４ キャリア
５ 位置決め機構（位置決め手段）
３０ ピン部材
３２ 緩衝室
３７ バネ部材
３８ 緩衝部材（緩衝機能）
４０ ピン凹部材
Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (7)

1. 被搬送物を収納する、位置決めのためのピン凹部材が形成されたキャリアが移載される載置部と、該キャリアが前記載置部に載置される際に前記ピン凹部材に嵌合させて前記キャリアの位置決めを施すための前記載置部に配置されたピン部材とを有してなるキャリア用載置装置であって、
   前記ピン部材と前記ピン凹部材とが嵌合する際に前記ピン部材が収納される前記載置部に形成された緩衝室と、
   前記ピン部材と前記ピン凹部材とが嵌合する際に前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する速度を減衰させる前記緩衝室内に配置された緩衝部材とをさらに有していることを特徴とするキャリア用載置装置。
2. 前記ピン部材が、前記緩衝室内を摺動するピストンを一体的に有しており、
   前記緩衝部材が、前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する方向に関して前記ピストンと前記緩衝室の内面との間の気体によるエアダンパであることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用載置装置。
3. 前記緩衝室内において前記ピストンに対して前記エアダンパとは反対側の空間と前記エアダンパ内の空間とを連通させる孔が前記ピストンに形成されていることを特徴とする請求項２に記載のキャリア用載置装置。
4. 前記緩衝部材が、前記ピン部材が前記緩衝室内へと移動する方向に関して前記ピン部材と前記緩衝室内の内面との間に配置されたゲル状物質であることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用載置装置。
5. 前記緩衝室内には、前記ピン部材を前記載置部から突出させるように付勢するバネ部材を配置してなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のキャリア用載置装置。
6. 前記緩衝部材は、前記各ピン部材を前記載置部から突出させるように付勢できる弾性機能を有してなることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用載置装置。
7. 前記キャリアは、半導体ウェーハを収納するものであり、前記載置部の上方に設けられた軌道を走行する天井搬送システムで把持されて、該載置部上に又はその逆に搬送されることを特徴とする請求項１に記載のキャリア用載置装置。

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