JP4280466B2 - 位置決め機構、並びにこれを具えた装置及び自動化システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体、光ディスク、液晶表示装置、プラズマディスプレイ装置、プリント配線基板、その他の電子関連製品、自動車エンジン、その他工業製品の自動組み立てプロセスや自動処理プロセスに関し、さらに詳しくは自動プロセスに設置される各種機能を有する装置を、直線状あるいは星型に配置する際、それらの装置を正確に配置するための位置決め機構を提案する。
【０００２】
【従来の技術】
一般の半導体製造システムは、多数のチャンバを有する半導体基板処理装置と、多数の基板を収納している収納カセットとの間を搬送する基板搬送装置が設けられている。これらの基板搬送装置は、たとえばクリーンブースである筐体内にスカラ型搬送用ロボットなどの搬送機を有し、ロボットの搬送アームが水平面内で動作することにより半導体基板を処理チャンバヘ基板等を移載する。半導体工場においては多種多様な機能を有する装置が製造工程に沿って配置されており、半導体ウエハ等を一つの装置から他の装置に正確に搬送するためには、それら各装置の方向や位置、高さは厳密に定められている。このためそれぞれの装置を工場内の他の装置との関連において適正な位置や高さになるように設置し、装置間のカセットや基板を適切な場所に精度良く受け渡す必要がある。
【０００３】
このため、従来の製造システムにおいては、例えば図１１に示す装置１の据え付け時やメンテナンス後の据え付け時に、移動式ジャッキ２４で装置を持ち上げ、又は装置下部に固設されたキャスタ１８を用いて搬入し所定位置へ前後左右に微調整した後、装置下部に取り付けられた高さが可変となるネジ状支持部材１６をモンキースパナ２１等の工具を用いて装置の高さを調整し、設置が行われて来た。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、半導体ウエハは清浄度の高い環境下で搬送され、処理されている。そのため基板は収納容器３（例えばＦＯＵＰ, Front Opening Unified Pod）に収納され、さらにこの容器を収納する大型ストッカや、搬送手段としての天井吊り型輸送機（ＯＨＴ, Overhead Hoist Transport）などを導入する工場も増えている。その結果、工場は立体化され、搬送及び処理装置の上空領域をも利用することによる省スペース化がはかられている。それにともない、ウエハ等の搬送装置及び処理装置の設置場所での作業スペースは非常に狭くなり、またメンテナンス等においても作業者への危険性が増している。
【０００５】
作業者は設置位置まで装置を移動させ、高さと前後左右の位置調整等を、精緻さと熟練を要する手動作業を行っている。基板容器と搬送装置との受け渡し時の事故や、メンテナンス時やレイアウトの変更により装置を移動する場合、上述した一連の設置作業と位置調整作業を繰り返し行わなければならなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は以上のような問題点に着目し、短時間で正確に装置を設置する機構を提案するものである。即ち、各種機能を持つ複数の装置を連結してなる自動化システムに配置された一つ又は二つ以上の装置に具える位置決め機構において、前記装置下部に複数具備され、同時に動作して前記装置を水平に維持した状態で昇降させ、且つ車輪を備える昇降手段と、前記装置下部の別の位置に垂直に固設された位置決め部材と、前記位置決め部材を基準位置に案内し上下方向に前記部材が嵌合する凹部を有する固定式基準台とを備えたことを特徴とする位置決め機構を提供する。
【０００７】
本発明では、例えば半導体ウエハなど薄板状電子部品自動製造システムにおいて、ウエハ搬送装置は、少なくとも一以上の搬送用ロボットと、下部に移動手段である車輪を備える昇降手段と、垂直に固設された位置決めピンなどの位置決め部材と、前記位置決め部材を基準位置に案内し上下方向に嵌合させる凹部を有する固定式基準台とを備えたことを特徴とする位置決め機構を具備する。
【０００８】
また、本発明では、持ち込まれた半導体ウエハ等の基板に成膜処理、拡散処理、エッチング処理等の各種処理をチャンバ内で行う処理装置においてその下部にも、本発明の位置決め機構を具備する事ができる。
【０００９】
本発明の昇降手段は、前記各種の装置の下部に設けられた回動可能軸に棒材の一端が支点として支持され、棒材の次の位置に作用点であり移動手段でもあるキャスタあるいは車輪を備え、棒材の他端を力点とし、この力点に装置に対して回動可能に取り付けられたアクチュエータと、から構成される。又、複数の車輪を連結したアクチュエータからなる昇降手段を備える場合もある。
【００１０】
本発明では、昇降の動力源であるアクチュエータとして、エアシリンダ、オイルシリンダ、モータなどが使用できるが、エアシリンダ、オイルシリンダなどの流体圧アクチュエータが好ましい。この駆動部用の動力源としては、人力やモータ付きポンプによる油圧か空気圧や、工場に配管してある高圧エアなどがある。
【００１１】
エアシリンダ等の制御アクチュエータを備える場合、安全面を考慮し、昇降装置が動作中エアポンプから供給が中断されても気体が逆流しないよう逆止弁が設けられおり、突然装置が降下することを防止している。また、シリンダへの気体を供給するスピードを調整するスピードコントローラ等を利用することにより、降下のスピード等を緩やかにすることができ、動作時の騒音や振動を軽減している。
【００１２】
動力を伝達する手段としては、配管、ワイヤ、シャフト、バネなどが使用できる。また、本発明では移動手段として、直線方向にのみ進行できる車輪１５を用いることが好ましいが、３６０度方向回転できるキャスタばかりでなく、レールと車輪なども使用できる。
【００１３】
本発明の位置決め方法は、あらかじめ設計図面に指定された位置に複数の固定式基準台を設置する。次に昇降手段を動作させて装置を１０ｍｍから１００ｍｍ程度持ち上げ、人力により装置は固定式基準台の略上方に移動させ、固定式基準台の凹部の中央をめがけて位置決め部材が入る様に昇降手段を動作させる。位置決め部材は固定式基準台の凹部案内形状に沿って装置を最適な設置位置へと導かれ、横壁に挟まれて、線で接触し設置が完了する。装置の高さは位置決め部材の長さで決まる。また、設置位置の調整は固定式基準台の設計図面に従って、あらかじめ行うことができ、自動化システム工場内での据え付け作業が大幅に短縮される。ここで固定式基準台は、床面にネジ止めしても良いし、滑り止め材により自重で動かないように定められた位置に固定する。
【００１４】
固定式基準台の形状は中央付近に逆円錐、逆円錐台などの凹部を有し、隣接する他の装置や、工場内の床や壁等と一体化とすることもできる。位置決め部材と固定式基準台が接触する箇所の形状が嵌合するようになっており、一方の接触部に球や円柱形部材等の転がり材、他方に滑り受け部を具えてもよい。また、凸部のある位置決め部材が下部にあって床に固定され、凹部を有する基準台が装置下部に具えられてもよい。
【００１５】
本発明に言う固定式基準台とは、製造システム内の隣接する各装置との間の位置を定める台であって、設計図に基づいて床ないし壁面に固定される。即ち、新しい製造システムにおける装置搬入より以前に、装置毎に、複数の固定式基準台を図面に従って正確に配置しておけば、装置搬入時にはその下部に取り付けられた位置決め部材を嵌合させるのみで据付ができる。また、自動化システムのメンテナンスにおいても、昇降手段を上昇させて嵌合を外し、移動手段であるキャスタで作業可能な場所にその装置を引き出して、点検修理した後、もとの位置へ装置を移動し、固定式基準台上に再び設置すれば、簡単に位置決めができる。
【００１６】
以上半導体製造システムにおける装置の位置決め機構について説明してきたが、本発明はこれに限らず、液晶表示装置、光ディスク、プラズマディスプレイ装置、プリント配線基板、その他の電子関連製品、自動車エンジン、その他工業製品の自動組み立てプロセスや自動処理プロセスなど、各種機能をもつ装置を組み合わせたあらゆる自動化システムにおける装置の位置決め機構として応用可能である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１を参照に、半導体ウエハの搬送装置１の位置決め機構について、本発明の実施例を説明する。図１は、搬送装置１を所定の位置に設置する以前の状態を示している。図２は、搬送装置１を所定の位置に設置したときの状態を示している。まず周辺の装置から説明する。図１上方のＯＨＴ３０は、作業者自身の人手による運搬と同様に、工場内の装置間で清浄容器を運搬し、受け渡すための手段である。このＯＨＴ３０は、装置同士を結ぶように工場上部に据えられたレール３１に沿って移動し、ＦＯＵＰ３をストッカ３２の上部に搬送する。ストッカ３２のフィンガ３３は、搬送されたＦＯＵＰ３を保持し、Ｘ軸駆動手段３４とＺ軸駆動手段３６を動作させ所定の搬送先、例えば図２に示すストッカ３２の最上段の棚段３５に載置する。このストッカ３２はＦＯＵＰ３を保管、管理し、所望するウエハを保管しているＦＯＵＰ３を搬送装置１へと供給する。
【００１８】
ここで搬送装置１とは、図１に示すように内部に設置された搬送用ロボット６によりウエハをＦＯＵＰ３から別のＦＯＵＰ３へ移し替えたり、ウエハを処理装置に搬入、搬出を行ったりするクリーンブース型の装置をいう。図１の搬送装置１はウエハを収納しているＦＯＵＰ３を載置することができるステージと、ＦＯＵＰ３の蓋を開錠する機構を備えたドアを有する出入り口と、ウエハを搬出入するための屈伸動作、旋回動作することができ搬送アーム７を有する搬送用ロボット６と、から構成される。また必要により、ウエハの搬出・搬入口でもあるＦＯＵＰオープナー４が複数ある場合、ＦＯＵＰオープナーの正面に、搬送用ロボット６をＦＯＵＰ３が並んでいる方向に沿って移動させる移送軸や、ウエハ周縁の平坦部（オリエンーテーションフラット）や切り欠き部（ノッチ）を、検出するウエハ用位置決め専用装置などが設置される。搬送装置１の構成は用途により異なることがあるが半導体ウエハを搬送するための装置である。
【００１９】
図１のストッカ３２は、フィンガ３３により把持したＦＯＵＰ３を上下左右の自在な位置へと移送する。また装置内部にはＦＯＵＰ３を保管するための棚段３５が設けられており、ストッカフィンガ３３によりＦＯＵＰ３を把持し、棚段３５ないしはＯＨＴ３０との受け渡し位置、搬送装置１との受け渡し位置へと搬送することができる。
【００２０】
また図２に示す処理装置４０は、真空状態にすることができる移載室４１と、移載室４１中央に位置し、真空ロボット４２と、搬送装置１と処理装置４０間でウエハを受け渡し、真空状態にすることができるロードロック室８と、各種の処理を行うためのチャンバ４３が設けられている。
【００２１】
図１および図２に示す前述の搬送装置１と図３に示す処理装置４０とのそれぞれの装置下部には、本発明の車輪１５を備えた昇降手段２及び位置決め部材１９が取り付けられる。この位置決め部材１９は図２、図３に示すように固定式基準台２２の上に乗って嵌合している。
【００２２】
図1では搬送装置１と、ＦＯＵＰ３を収納するストッカの連結する前の状態を示している。本発明の昇降装置は降下した状態で、車輪１５は床面と接し、搬送装置１を支持している。この搬送装置１を据え付けるにあたって、人手により押して移動し、床面を車輪１５によってストッカ３２内に誘導し、位置決め部材１９と固定式基準台２２を嵌合させて図２の位置に決めて設置する。
【００２３】
図４は本発明の昇降手段２についての一実施例を示す一部切り欠き側面図である。昇降手段２は、搬送装置１の下部に取り付けられたアクチュエータ１７（本実施例ではエアシリンダを用いた）と、棒材１３の一端に前記エアシリンダのロッド先端を、その他端を搬送装置１の下部に設けられた軸に回動可能となるように取り付け、その棒材１３の中間部に設けた移動手段としての車輪１５と、装置下部で別の場所に垂直に固設された高さ調節が可能な位置決め部材１９と、を備えている。図４Ａではアクチュエータ１７（エアシリンダ）のピストンロッドが収縮して車輪１５が持ち上がり搬送装置１が降下し、図４Ｂに示す位置決め部材１９が固定式基準台２２に嵌合し、本装置は位置決めされる。逆にエアシリンダが伸長することにより棒材１３を押し下げて回動させ、図４Ｃのように車輪１５が床を押して装置１は上昇し、図４Ｄのように位置決め部材１９は固定式基準から離脱して移動可能となる。
【００２４】
図５で示す位置決め機構には、アクチュエータ１７であるシリンダロッドに直接車輪１５を取り付けた装置の昇降手段２と、あらかじめ装置下方に配置された固定式基準台２２と嵌合する位置決め部材１９と、自在に移動可能な車輪１５が備えられている。装置を半導体製造工場内に搬入されるときの長い距離にわたっての移動等には、自在な方向に移動可能なキャスタ１８が便利である。なお昇降用車輪１５として自在に方向を変えることのできるキャスタ１８を用いると、重い装置を昇降動作させるには不安定であることを考慮し、図５に示す装置では直線方向にのみ移動可能な車輪１５を具えているが車輪１５の代わりにキャスタ１８を用いることもできる。複数のエアシリンダそれぞれが、一つの空気源から同時に作動されることにより、それぞれの昇降手段２は同時に同期して動作し、装置は水平に昇降する。
【００２５】
図５Ａは、昇降手段２は動作していない状態で、移動用車輪１５が床面に接していることを示している。図中のＳは昇降手段２のストロークを示している。
図５Ｂは、昇降手段２を動作させ装置を上昇させた状態を示している。図中Ｔは床面から車輪１５までの距離を、またＵは床から位置決め部材１９の先端（固定式基準台２２と嵌合する面）までの距離を示している。
【００２６】
図５Ｂは、位置決め部材１９が床固定基準台２２の略上方となる位置に装置を移動させ、図５Ｃで昇降手段２を収縮させ装置を降下させた状態を示している。このとき位置決め部材１９は固定式基準台２２と嵌合しており、キャスタ１８と車輪１５は宙に浮き、移動できない状態となっている。図中Ｒは、固定式基準台２２の床面から位置決め部材１９と嵌合する面までの距離を示している。これは、床面から距離、昇降のストローク等の設計において、Ｓ＞Ｕ＞Ｔ＞Ｕ−Ｒとなるよう設計することにより、車輪１５を装置内に収納した場合でも移動でき、固定式基準台２２に干渉されることなく装置の設置位置へ移動も可能となる。
【００２７】
図６は図４、図５と異なる昇降機構を示している。この昇降手段２は、装置フレームに取り付けられたモータと、モータシャフト先端に固設されたワイヤ巻き取り部と、ワイヤ巻き取り部と棒材１３の一端を固設されたワイヤ１２と、他端に移動手段である車輪１５が固設され、中間の支点１４で装置が回動可能に連結された棒材１３とからなる。この昇降手段２は、モータによりワイヤ１２が巻き取られるとともに、車輪１５が床面を押し下げ、装置を昇降動作させる。なおブレーキが備えられており、車輪１５が押し下げられたままモータの電源を切っても、また非常時に電源がＯＦＦしたときでも現状を維持する。
【００２８】
図７はアクチュエータ１７を水平方向に配置し、棒材をＸ字状に組み合わせた場合の例を示している。動力源１１として図示しない足踏式油圧装置を用いれば安価な昇降手段２を具えることができる。
【００２９】
図８では、固定式基準台２２の逆円錐状の凹部に位置決め部材１９が挿入されるときの状態を示している。
図８Ａでは、支持部材１６があらかじめ配置された固定式基準台２２の凹部の略上方にあり、図８Ｂで、装置を降下させ、位置決め部材１９の先端が固定式基準台２２の凹部の壁面に接触し、図７Ｃで、装置の自重により支持部材１６は位置決め部材１９中央部に案内されることを示している。
【００３０】
図９に示す固定式基準台２２の凹部形状が半円錐形台であって、位置決め部材１９の先端が円錐台となっているものである。また、図９に示す固定式基準台２２の凹部は、円錐台形を逆にして底面中央部から上面中央部に向かって切った半円錐台の形状を有している。略上方から位置決め部材１９を降下させるとこれは、装置の自重により側面に滑り、逆半円錐台の底面へと導かれ、固定式基準台２２と、線ないし面で接触する。ここで位置決め部材１９の先端に回転自在な球を取り付け円錐形凹部に転がりながら滑らかに降下させるようにしても良い。
【００３１】
図１０に示す固定式基準台２２が、鋭角な棚状となっている例を示している。嵌合する相手の位置決め部材１９は装置の側面に固設される。ここでの固定式基準台２２は工場内の壁面または垂直な固定部材に設けられ、引っ掛けて固定する構造となっている。
【００３２】
【発明の効果】
固定式基準台２２を設計位置に設置した後、調整済み装置を搬入する事により、迅速に据付作業が行え、装置の現場調整が不用になった。また、メンテナンス時に装置全体を作業しやすい広い場所に引き出して、高さ調整、水平調整、メンテナンスなどは事前に行ったうえで、再び固定式基準台２２に戻すことにより容易に位置決めする事ができる。さらに固定式基準台２２の案内形状に沿って降下させるだけで正確な設置位置が得られる。これにより狭い作業スペースでの作業や多大な作業人数、作業時間を大幅に削減することができ、広い場所での事前の調整作業により作業者の危険度も減少する。また、昇降手段２に車輪１５が付いているため所定の位置に容易に移動させることができる。
【００３３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の昇降機構を備えた搬送装置１の据え付け前の一実施例を示す一部断面斜視図である。
【図２】図１における実施例の据え付け後を示す一部切り欠き斜視図である。
【図３】本発明の昇降機構の実施例を示す一部切り欠き斜視図である。
【図４】本発明の昇降機構を示す図３とは異なる側面図である。
【図５】本発明の昇降機構の図３、４と異なる一部切り欠き側面図である。
【図６】本発明の昇降機構の一実施例を示し、図３〜５と異なる一部切り欠き側面図である。
【図７】本発明の昇降機構の一実施例を示し、図３〜６と異なる機構を示す一部切り欠き側面図である。
【図８】本発明の固定式基準台２２の一実施例を示す断面側面図である。
【図９】本発明の固定式基準台２２の一実施例を示す図８と異なる断面側面図である。
【図１０】本発明の固定式基準台２２と位置決め部材１９との組み合わせで図１〜９とは異なった実施例を示す。
【図１１】従来の位置決め機構。
【符号の説明】
１ 基板等の搬送装置、
２ 装置昇降手段、
３ 清浄容器（ＦＯＵＰ）、
４ ＦＯＵＰオープナー（ロードポート）、
５ ポートドア、
６ 搬送用ロボット、
７ 搬送アーム、
８ ロードロック室、
１１ 動力源、
１２ ワイヤ、
１３ 棒材、
１４ 支点、
１５ 車輪、
１６ 支持部材、
１７ アクチュエータ、
１８ キャスタ、
１９ 位置決め部材、
２１ スパナ、
２２ 固定式基準台、
２４ 移動式ジャッキ、
３０ ＯＨＴ、
３１ レール、
３２ ストッカ、
３３ ストッカフィンガ、
３４ Ｘ軸駆動手段、
３５ 棚段、
３６ Ｚ軸駆動手段、
４０ ウエハ処理装置、
４１ 移載室、
４２ 真空ロボット、
４３ チャンバ、

Claims (6)

1. 各種機能を有する複数の装置が隣接して配置された自動化システムを構成する１又は２以上の装置に具える位置決め機構において、
   前記装置下部に複数具備され、同時に動作して前記装置を水平に維持した状態で昇降させる昇降手段と、
   昇降動作するとともに前記装置を水平面内を移動可能とする移動手段と、
   前記装置下部に固設され、前記装置を設置する位置を決定する位置決め部材と、
   前記位置決め部材を基準位置に案内し上下方向に前記位置決め部材が嵌合する凹部を有し、あらかじめ所定場所に配置される固定式基準台と、
   を具えた位置決め機構。
2. 前記昇降手段は動力源として流体圧アクチュエータを有することを特徴とする請求項１の位置決め機構。
3. 請求項１から請求項２のうちいずれかの位置決め機構を備えた装置。
4. 請求項３において、前記装置が薄板状電子部品取扱装置であることを特徴とする装置。
5. 前記薄板状電子部品取扱装置が少なくとも１の搬送用ロボットを備えたことを特徴とする、請求項４の装置。
6. 請求項３から請求項５のうちいずれかの装置を組み込んだ自動化システム。

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