JP5001946B2 - 汚染の影響を受けやすい平坦な物品を保管する、特に、半導体ウェハを保管する装置 - Google Patents

Description

本発明は、少なくともいくつかが上下に配置される、複数の平坦な物品を保持するための複数の保管要素であって、各々が、平坦な（ひらべったい）物品を受け取るようになされた複数のスロット付き保持具を有する複数の保管要素を含み、かつ、スロット付き保持具のうちの１つに対する平坦な物品の自動化された挿入および取り出し用の第１の取扱ユニットを含む、汚染の影響を受けやすい平坦な物品を保管する、特に、半導体製品の製造において使用される半導体ウェハおよび他の物品を保管するための装置に関する。

このような装置は、下記特許文献１に開示されている。
大規模集積電子回路および他の敏感な（影響を受けやすい）半導体構成品の製造は、今日では、いわゆる半導体ウェハが複数の処理ステップを経る工場において行われている。半導体ウェハは、その上に微細構造が様々な露光プロセス、エッチング、およびドーピングプロセスによって形成される、シリコンなどの半導体材料で構成された円板である。一般的に、まず最初に、ウェハに酸化物層を被覆して、感光ワニスをその上に配置する。次いで、ワニスをフォト・マスク（いわゆる「レチクル」）越しに露光させる。フォト・マスクは、所望の微細構造をウェハ上に撮像する。現像ステップ後、フォト・レジストの未露光箇所を除去して、酸化物層を露出させる。続くエッチング・プロセスにおいて、露出した酸化物層（そしてこの層のみ）を除去する。この時点で所々が露出した半導体材料は、次いで、ドーピングプロセス（異なる材料の意図的な導入）によって変化した材料特性を有することができ、その結果、所望の微細構造が得られる。これらのプロセスのステップは、一般的に、大規模集積電子回路、または、例えば、液晶構成品が製造されるまで、異なる方法で２回以上行われる。

これらのプロセスのステップの大部分は、クリーン・ルーム状態で、すなわち、多大の努力で、可能な限り不純物、異物などがない状態に保たれている環境状態で行われている。これは、異質の材料によってウェハが少しでも汚染されると、望ましくない材料特性の変化が起こる可能性があるとともに、これによって、製造バッチ全体が使用できなくなる可能性があるからである。

効率的な製造のためには、個々のプロセスのステップが行われる前後に半導体ウェハを一時的に保管することが必要である。さらに、半導体ウェハは、また、他の理由で、例えば、新しい製造バッチ用の在庫分および初期材料として、部分的にのみ充填される製造設備を充填するために（例えば、規定の温度分布を炉内で確保するために）「充填材料」として、または、製造プロセスを試験する試験用ウェハとして、一時的に保管しなければならない。また、ウェハ保管中に汚染および異物がない状態に確実に保たれるようにすることが必要である。

現在の工場においては、ウェハは、特別な運搬箱、いわゆるＦＯＵＰに入れられて、個々の製造設備間を頻繁に運搬されている。また、ウェハは、これらのＦＯＵＰ内に保管されることも多く、ＦＯＵＰは、カバーで密閉することができる。ＦＯＵＰの内寸および外寸は、自動取扱システムが、一般的に、ＦＯＵＰの積み降ろし、および運搬に使用されていることから、正確に指定されている。ウェハがＦＯＵＰ内に保管されるとき、ＦＯＵＰの内寸および外寸によって、所要スペースおよび保管能力が決定される。ＦＯＵＰを使用したウェハ用の保管システムは、例えば、下記特許文献２で開示されている。この文献の中で、ＦＯＵＰも図示されている。

下記特許文献３では、クリーン・ルーム状態に保たれているカルーセル上にウェハが水平方位に保管される、ウェハ用の保管システムが開示されている。ウェハの水平保管は、ＦＯＵＰを基本とする保管システムにおいても、ウェハは、ＦＯＵＰ用自動取扱システムのために水平方位に保管されるので、これらのシステムでの実施に対応するものである。したがって、すべての取扱システムは、水平方位にウェハを保持したり、かつ、保管したりするように位置合わせされる。

冒頭で引用した下記特許文献１では、上下に配置されたカルーセル上に垂直方位に個々のレチクルが保持されるレチクル用保管システムが記載されている。この文献では、このようなシステムは半導体ウェハの保管にも使用することができると、もっぱら一般的な形で記載されているが、これに関係する特別な特徴は説明されていない。例えば、レチクルは、露光ステップにおいて撮像される微細構造の損傷につながる可能性がある塵および他の物理的な粒子「のみ」から保護しなければならない。これとは対照的に、半導体ウェハは、望ましくないドーピング原子を半導体材料内に導入する可能性があるガス状物質からも保護しなければならない。さらに、レチクル用保管システムには、異なる外形寸法のために、ウェハと比較すると、異なる取扱システムおよび保管システムが必要である。

ＦＯＵＰおよび他の運搬容器の外部のウェハおよび他の汚染の影響を受けやすい保管は、単一の汚染物品が、その保管場所に保管された多数の他の物品を汚染する危険性を伴う。一方、ＦＯＵＰおよび対応する運搬容器内でのウェハおよび他の汚染の影響を受けやすい物品の保管は、占有する保管空間が相対的に大きい。これは、現在の半導体工場でのウェハサイズは大型化している、すなわち、使用されている半導体ウェハがますます大型化しているために問題である。一例として、現在の半導体工場では、３００ｍｍ径のウェハ、および、これに対応して大型のＦＯＵＰが使用されているのに対し、旧式の製造設備では、一般的に２００ｍｍウェハが使用されている。
米国特許出願公開第２００２／００９４２５７号明細書 欧州特許出願公開第１１９７９９０号明細書 独国特許出願公開第１０３２９８６８号明細書

このように背景の下で、本発明の目的は、省スペース保管と同時に柔軟な取り扱いを可能にする、汚染の影響を受けやすい平坦な物品を保管する、特に、半導体ウェハを保管する装置を提供することである。特に、本新規な装置は、狭い保管場所において、クリーン・ルーム状態で多数の３００ｍｍウェハの保管を可能にすることを意図している。

本発明の１つの局面によれば、この目的は、保管要素が、少なくとも片側が開放状態であり、かつ、物品が載置される箱状の要素であり、かつ、複数の（開放された）保管要素および第１の取扱ユニット用の共通のクリーン・ルームを形成する包囲ハウジングを含み、複数の保管要素が、定置式取付ラック上に並んで静置配置され、かつ、第１の取扱ユニットの少なくとも２つの側を取り囲んでおり、定置式取付ラックは、複数の保管要素を取り付け可能な鉛直の側壁を有する、初めに述べたタイプの装置によって達成される。包囲ハウジングは、複数の開放された保管要素および第１の取扱ユニット用の、少なくとも大部分が障壁のないクリーン・ルームを形成する、すなわち、包囲ハウジング内に保管要素および第１の取扱ユニットを互いに分離する仕切り壁がないことが好ましい。

したがって、本新規な装置は、保管される物品、特に半導体ウェハが、取扱ユニットも配置されているクリーン・ルーム内で、実質的に開放状態で載置されるという概念を利用するものである。したがって、第１の取扱ユニットは、個々の物品にアクセスすることができ、かつ、保管要素内に個々の物品を非常に素早く配置することができる。さらに、本新規な装置は、開放保管概念のために物理的にいたって小型である、すなわち、「設置面積（フットプリント）」が小さい。

一方、保管要素は、開放保管領域を下位分割し、その結果、保管物品間での相互汚染の危険性がかなり低減される。有利なことに、保管要素は、静置式取付ラックに静置取り付けされ、すなわち、保管要素も保管要素内に保持される物品も、保管中（取扱ユニットによる物品の移動は別として）移動されない。物品の固定位置保管または静置保管によって、物品の、スロット付き保持具での摩擦および／またはスロット付き保持具への衝突が防止される。これによって、摩耗および結果的に生じる相互汚染の危険性、ならびに、損傷の危険性がかなり低減される。

保管要素は、この場合、少なくとも片側が開放状態であり、かつ、外寸が有利なことに公知のＦＯＵＰの標準寸法よりかなり小さい箱状の要素である。これは、第１の取扱ユニットを箱状の保管要素に対する物品の挿入および取り出しに最適に適合させることができるので、有利な方法で可能である。それとは対照的に、ＦＯＵＰは、半導体工場内の複数の異なる取扱システムに適合したものでなければならない。以下でさらに詳細に説明する有利な改良形態においては、箱状の保管要素は、例えば、わずか２．５ｍｍのいわゆるピッチ距離で半導体ウェハを保持し、このピッチ距離は、標準的なＦＯＵＰ内のピッチ距離をかなり下回るものである。

全体的に、本新規な装置は、第１の取扱ユニットも配置される「大型」クリーン・ルーム内での、汚染の影響を受けやすい物品の開放保管を含め、公知の保管システムの様々な局面を兼ね備えている。一方、この「大型」クリーン・ルームは、保管要素の対応する壁部によって側部、頂部および底部において区分される個々の区画に、保管要素によって下位分割される。各保管要素は、例えば、５０個または１００個の物品を保持する。その結果、本新規な装置は、省スペースな取り扱いを可能にし、これは、個々の保管要素に必要に応じて物品を積載することができるため、同時に柔軟性がある。物品の固定位置保管または静置保管は、安全かつ汚染のない保管に貢献する。したがって、上述した目的は、完全に達成される。

好適な改良形態においては、物品は、保管要素内で垂直方位に置かれる。
この改良形態は、特に、非常に高いパッキング（詰め込み）密度での省スペース保管を可能にするものである。これは、垂直方向に保管時に、かなり幅を狭くした把持要素によって、物品、特に、半導体ウェハを縁部で「外側から」把持することができるからであり、一方、水平保管用の把持要素は、少なくとも部分的に、ウェハ間で移動させなければならず、ウェハ間に対応する空間が必要である。したがって、ＦＯＵＰを使用して保管したときの個々のウェハ間のピッチ距離は、約１０ｍｍであり、一方、本新規な装置でのウェハ間の距離は、約２．５ｍｍに短縮することができる。同様に、カルーセル上での円形ウェハの水平保管には、多量の「予備空間」が必要である。パッキング密度が高いほど、必要な空間が小さいために、保管能力がかなり増す。さらに、物品は、垂直保管時に浄化ガスで能率的にパージ処理することができる。

さらなる有利な改良形態においては、複数の保管要素は、並んで配置され、かつ、特に、少なくとも２つの側から、少なくとも部分的に第１の取扱ユニットを取り囲む。複数の保管要素は、実質的に円形に第１の取扱ユニットを取り囲むことが好ましい。
この改良形態は、同時に大きな保管能力を有しながら、本新規な装置を特に省スペースの形態で実施することを可能にする。さらに、この改良形態は、保管された物品への非常に迅速なアクセスを可能にする。保管要素の実質的に円形の配置を伴う特に好適な改良形態は、第１の取扱ユニットとしてのいわゆるＳＣＡＲＡロボットの使用に対して最適である。ＳＣＡＲＡロボットは、水平面でのみ、すなわち、関節アームが回転のために取り付けられている円の中心点に対して半径方向に、移動することができる関節アームを有する。ＳＣＡＲＡロボットは、非常に高速であり、６軸ロボットと比較して、必要とする移動空間はわずかである。したがって、この改良形態は、非常に小さい設置面積での非常に高い保管密度を可能にするものである。

さらなる改良形態においては、複数の保管要素は、円の中心点を規定し、第１の取扱ユニットは、円の中心点の領域内に配置されている。
保管要素は、この改良形態においては、すべて、物理的に小型かつ高速のＳＣＡＲＡロボットの半径方向の移動路上に配置されることから、この改良形態は、このようなロボットの使用に対して本新規な装置をさらに最適化するものである。この改良形態によって、物品を非常に素早く、保管場所に配置し、保管場所から取り出すことができる。さらに、これによって、取扱ユニットの移動制御が簡素化される。

さらなる改良形態においては、保管要素内の物品は、円の中心点に対しても一直線上に位置合わせされる。
この改良形態は、第１の取扱ユニットの移動手順をさらに簡素化し、かつ、個々の物品のさらに素早い取り扱いを可能にする。物品が保管要素内に垂直方位に載置された場合、これによって、物品は、第１の取扱ユニットからさらに離れて配置されるその外側よりも、第１の取扱ユニットに面した側のほうがピッチ距離が短いという点でさらなる利点が得られる。次いで、物品は、保管要素内で互いに対してほぼＶ字形を形成し、その結果、浄化ガスが外方から内方に保管要素を通って流れるときにノズル効果が生じる。

さらなる改良形態においては、第１の取扱ユニットは、水平面でのみ移動するようにされた関節アームを有し、関節アームは、垂直方向に移動するようにされたキャリッジ上に配置されている。第１の取扱ユニットが、垂直キャリッジ上に配置されているＳＣＡＲＡロボットであることが、特に好ましい。
ＳＣＡＲＡロボットの利点は、既に上記においてさらに詳しく説明している。しかしながら、その代わりに、第１の取扱ユニットが、水平面に、かつ、クロス・キャリッジによって垂直方向に移動するアームを有していてもよい。これらの改良形態は、小さな設置面積および個々の物品への迅速なアクセスを可能にするものである。

さらなる改良形態においては、第１の取扱ユニットは、６軸ロボットである。
６軸ロボットによって、極めて複雑な移動が可能となる。その結果、個々の保管要素は、有効設置面積内でより柔軟に配分することができる。さらに、個々の保管要素は、特に、物品の垂直方向の配置が望まれる場合、６軸ロボットは、結果的に複雑な移動路を相対的に容易に実行することができるため、より簡単にかつより低コストで製造することができる。

さらなる改良形態においては、本装置は、物品を、包囲ハウジングに、または包囲ハウジングから移送するように設計された第２の取扱ユニットを含む。第２の取扱ユニットは、物品を個々に移送して包囲ハウジング内に入れたり、包囲ハウジングから出したりするように設計されることが好ましい。さらに、第２の取扱ユニットは、同様に、ＳＣＡＲＡロボットであることが好ましい。

少なくとも２つの取扱ユニットを有する改良形態では、初めは、複雑さ、したがって、本新規な装置のコストが増す。しかしながら、特に２つのＳＣＡＲＡロボットを使用したとき、これによって、非常に小型で、かつ、能率的な実施が可能であることが既に判明しており、その理由は、一方では、ＳＣＡＲＡロボットは、非常に高速であり、他方では、ＳＣＡＲＡロボットの制限された移動路は、２つの取扱ユニットの使用によって最適に補うことができるためである。

さらなる改良形態においては、取扱ユニットは、少なくとも２つの第１の把持要素を有する第１の移動アームを含み、第１の把持アームは、水平位置と垂直位置との間を移動可能である。
この改良形態においては、第１の把持アームは、把持を変えることなく、垂直に載置された物品を水平位置に移動させることができる。これは、ウェハが、例えば、ＦＯＵＰ内に水平に挿入されることによって、通常のプロセスの手順中に水平に保たれることから、この新保管システムがウェハを保管するのに使用されたときに特に有利である。本装置のこの改良形態は、容易に、既存の工場の製造手順に取り入れることができる。さらに、物品は、第１の把持アームによって素早くかつ低コストで向きを変えることができる。

さらなる改良形態においては、少なくとも２つの第１の把持要素が、１８０°を上回る角度範囲の円弧をカバーする把持トング（挟み具）上に配置されている。把持トングは、保管される物品をちょうど縁部で保持することが好ましい。さらに、物品が把持トングによって画定される平面において、ほぼ中央に保持される場合に好ましい。
これらの改良形態は、特に、新保管システムがウェハまたは他の円形の物品を垂直方向に保管場所に配置するために使用されるときに有利である。次いで、把持トングは、円周部全体の半分を超える部分を覆う円周部領域内に保持されている物品を取り囲む。このように、把持トングは、重力のみで、物品を保持することができる。すなわち、物品を、強力なクランプ機構を用いて締め付ける必要がない。これによって、物品が破損する危険性が低減される。

さらに、物品が把持トングによって画定される平面に対してほぼ中央に保持された場合、これによって、物品を個々の保管要素内に特に高密度にパッキングする（詰める）ことができる。
さらなる改良形態においては、取扱ユニットは、少なくとも２つの第２の把持要素を有する第２の把持アームを有し、第２の把持要素は、第２の把持要素によって画定される平面から離れて位置するアーム部上に配置されている。

このように設計された第２の把持アームは、特に、水平に位置合わせされた物品を上から持ち上げるのに有利である。特に、このような第２の把持アームによって、ウェハを水平に位置合わせされたＦＯＵＰ内に挿入することが可能となる。したがって、この好適な改良形態によって、取扱ユニットがウェハを保管場所から直接ＦＯＵＰ内に配置することが可能になる。これは、１つのＦＯＵＰ内で製造バッチを組み合わせるために、以前のＦＯＵＰに基づく保管システムに必要とされる、いわゆる選別機（ソータ）が不要であることを意味している。

さらなる改良形態においては、取扱ユニットは、第１および第２の把持アームが配置されている少なくとも２つの自由端を有するマウント・ブラケット（取付けブラケット）を含む。マウント・ブラケットは、好ましくはＬ字形であり、第１の把持アームは、Ｌ字形のマウント・ブラケットの１つのリム（突出部）と平行かつ、同軸である回転軸周りに回転できることが好ましい。

この改良形態は、特に、少数のアクチュエータで操作することができるように取扱ユニット上に２つの把持アームを配置するための省スペースかつ低コストの選択肢である。
さらなる改良形態においては、本装置は、保管要素が取り外し可能に装着されている取付ラックを含み、包囲ハウジングは、保管要素への直接的なアクセスを可能にする少なくとも１つの扉を含む。少なくとも１つの扉は、保管要素の後部領域内に配置されることが好ましい。

この改良形態は、例えば、システムの不具合のために、手動での取り出しが必要とされる状況において、保管要素への便利なアクセスを可能にするものである。
さらなる改良形態においては、保管要素は、互いに対してほぼＬ字形に配置される底壁および後壁を有し、開口部が、底壁と後壁との間に残されていることが好ましい。各保管要素は、側壁も有することが好ましく、また、全ての壁部が気密であるように封止されることが好ましい。

このような保管要素は、保管されたウェハ間の相互汚染の危険性を低減するために特に有利である。後壁は、少なくともいくつかが上下に配置される保管要素が、前部領域と後部領域との間で「仕切り壁」を形成し、ウェハは、前部領域、すなわち、後壁の前方で保管されることを意味している。相互に分離された領域は、濾過され乾燥された空気など、浄化ガスを連続的な流れとしてウェハに供給し、再び取り除くために、有利に使用することができる。汚染の影響を受けやすい物品は、さらに、底壁および好適な側壁によって互いに分離される。

さらなる改良形態においては、開口部が、後壁と底壁との間に残されている。
底壁と後壁との間の角部領域の開口部は、排気が他の保管要素の１つに入ることなく、汚染物質を含む排気の最適な消散を可能にする。
さらなる改良形態においては、各保管要素は、浄化ガスを供給する結合部を有する。また、浄化ガスの供給を個別に制御することができるように、浄化ガスを供給する各結合部に弁が設置されることが好ましい。

この改良形態は、特に、浄化ガスによる能率的なパージ処理を可能にするものである。弁によって、ガス流を保管要素の充填に適合させることができ、その結果、均一なガス流が生じる。
連続的なガス流を生成するため、ファンが、保管要素の上方の領域に配置されることが好ましく、その理由は、その結果一切の汚染物質が非常に能率的に下方に取り除かれるからである。

さらなる改良形態においては、各保管要素は、保持具内の物品を脱落しないよう固定する固定（ロック）要素を含む。特に好適な実施形態においては、固定要素は、保管要素内に保持されたすべての物品の前方を横方向に延びていて、かつ、保管要素に選択的に取り付けおよび／または固定することができるブラケットである。
この改良形態は、特に、システムの不具合の際に手動で保管システムから保管要素を取り出さなければならないときに有利である。

さらなる改良形態においては、各保管要素におけるスロット付き保持具は、長手方向に（すなわち、選択された物品に対して横方向に）移動させることができる櫛状のストリップ（細片）の形態である。
この改良形態は、個々の保管要素内のスロット分離部を容易にかつ素早く調節することを可能にする。特に、この改良形態におけるスロット付き保持具は、物品を直立に保つと共に、一切の問題なく、保管要素から取り出し、かつ、保管要素に挿入することができるように、非常に容易に調節することができる。

上述した特徴および以下の本文中でこれから説明される特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれ述べる組み合わせばかりでなく、他の組み合わせで、または、単独で使用することができることは、自明である。

以下の説明において本発明の例示的な実施形態を、より詳細に説明すると共に、図面により示す。
図１および図２において、本新規な装置の例示的な実施形態は、全体を参照番号１０で示す。装置１０は、内部に、取扱ユニット１４と、複数の保管要素１８を有する取付ラック１６とが配置されている包囲ハウジング１２を有する。包囲ハウジング１２は、取扱ユニット１４と、取付ラック１６と、保管要素１８とを完全に取り囲んでいるため、包囲ハウジング１２の内部は、外部に対して密閉されている。フィルタユニットおよびファンは、包囲ハウジング１２内において、頂部から下方に気流を生成するために、包囲ハウジング１２の上面（ここでは図示せず）上に、それ自体が公知の方法で配置されており、クリーン・ルーム雰囲気が創出される。

各保管要素１８は、複数の汚染の影響を受けやすい物品を保持するように設計されている。好適な例示的な実施形態においては、物品は、保管要素１８において垂直方向に位置合わせされている半導体ウェハ２０である。好適な例示的な実施形態においては、各保管要素は、３００ｍｍ径の１００個のウェハを保持することができる。保管ウェハ間の相対距離は、この場合、約２．５ｍｍである。

この例示的な実施形態における取扱ユニット１４は、６軸ロボットであり、この６軸ロボットは、包囲ハウジング１２の角部の領域内に配置されている。保管要素１８を有する取付ラック１６は、ほぼＣ字形に取扱ユニット１４を取り囲んでいる。この場合、取付ラック１６のリムは、概して包囲ハウジング１２の内壁に平行に延びている。参照番号２２は、保管要素１８に後部から手動でアクセスすることができる包囲ハウジング１２の側壁にある２つの扉を示す。図２は、取付ラック１６に取り外し可能に取り付けられている保管要素８１をどのようにして扉２２の１つを介して取り出すことができるかを模式的に示す。保管要素８１内に載置されたウェハを取り出し中もクリーン・ルーム状態に保つべき状況においては、移動可能なクリーン・ルームまたは対応するテント（ここでは図示せず）を、保管要素８１の取り出し前に包囲ハウジング１２に取り付けることができる。

この例示的な実施形態における取扱ユニット１４は、図５を参照して以下でさらに詳細に説明する第１の把持アーム２４および第２の把持アーム２６を有する。参照番号２８は、ウェハ２０を水平方向に載置することができる台を示す。台は、コグネックス（Ｃｏｇｎｅｘ）読取り装置を有するいわゆるプリアライナ（予備位置合わせ機）であることが好ましい。プリアライナは、プリアライナ上に置かれたウェハを規定の位置に正確に位置合わせするものである。コグネックス読取り装置は、ウェハの識別表示を読み取る。

参照番号３０は、それ自体が公知の方法でＦＯＵＰ３２にウェハ２０を積載することができるフラップを示す。逆に言えば、ウェハ２０は、フラップ３０を介してＦＯＵＰ３２から取り出すことができ、かつ、装置１０内に配置することができる。
図３および図４は、保管要素１８の好適な例示的な実施形態の２つの図を示す。同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。

保管要素１８は、好適な例示的な実施形態によれば、各々が（空気が通ることができないように）密閉されている後壁３８、底壁４０、および２つの側壁４２、４４を有する。しかしながら、開口部が、後壁３８と底壁４０との間の角部で開放されており、すなわち、後壁３８および底壁４０は、互いに直接に隣接しているのではない。開口部４６によって、空気４８は、保管要素１８を介して、上から斜め下方に向けて斜めに、概して渦を巻かずに流れて、そのようにして、垂直に配置されたウェハ２０を通過することができる。個々のウェハ２０間の相対的に短い距離にもかかわらず、空気４８は、個々のウェハ２０の間を流れて、一切の粒子および異物が保管要素１８から斜め下方に確実に除去されるようにする。

この例示的な実施形態においては、スロット付き保持具５０、５２、５４、５６を有する４つの櫛状のストリップが、保管要素１８内に配置されている。スロット付き保持具５０〜５６は、Ｄ＝３３０ｍｍの直径の垂直に位置合わせされた状態のウェハ２０を保持することができるように設計されている。図３に示すように、スロット付き保持具５０〜５６は、本質的に下縁部および後縁部上にウェハ２０を保持しており、この結果、取扱ユニット１４を使用してウェハ２０を取り出すことが非常に簡単である。この例示的な実施形態における保管要素１８の外寸は、ほぼ、ｄ_１＝３３０ｍｍ、ｄ_２＝３３０ｍｍ、およびｄ_３＝２８０ｍｍである。

図３の側面図からわかるように、前方上部角部領域における（すなわち、開口部４６とほぼ正反対の側にある）側壁４２、４４は、保持ブラケット６０を任意に配置することができる窪み５８を有する。保管要素１８が取付ラック１６上に取り付けられている限り、保持ブラケット６０は必要ではなく、したがって、窪み５８内には配置されない。しかしながら、取付ラック１６から保管要素１８を取り出すことが望まれるときには、保持ブラケット６０は、ウェハ２０が保管要素１８から脱落するのを防止するために、窪み５８内に配置される。特に好適な実施形態においては、各保管要素１８は、保持ブラケット６０が窪み５８内に配置されたときにのみ取手を使用して保管要素１８を取り出すことができるように、保持ブラケット６０に接続されている取手（ここでは図示せず）を有する。

図５および図６は、取扱ユニット１４をさらに詳細に示している。同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。
上述したように、取扱ユニット１４は、第１の把持アーム２４と、第２の把持アーム２６とを有する。この場合、第１の把持アーム２４は、垂直方位のウェハ２０ａを縁部おいにて把持することができる把持トングの形である。把持トング２４は、その外側円周部において、ほぼＣ字形にウェハ２０ａを取り囲む。第１の把持要素６４、６６は、把持トング２４の自由端に配置されている。図５に示すように、把持トング２４は、１８０°を上回る角度範囲に及ぶ円弧部または円周部領域に沿ってウェハ２０ａを取り囲んでいる。したがって、第１の把持要素６４、６６は、締め付けることなくしっかりと、かつ、本質的に重力のみによってウェハ２０ａを保持することができる。保管要素１８の１つの中にウェハ２０ａを保持し、配置するために、第１の把持要素６４、６６を開くことができ、把持要素６６のみが、この好適な例示的な実施形態においては可動である。

この場合、第２の把持アーム２６は、２つの把持要素６８、７０が端部に配置されているＹ字形のアーム部を有する。図６に示すように、第２の把持要素６８、７０は、アーム部の下に位置する平面７２を画定している。ウェハ２０ｂは、把持要素６８、７０によって平面７２上に保持されている。これに対して、把持トング２４内のウェハ２０ａは、把持トング２４によって画定される平面上に保持されている。第２の把持アーム２６上のウェハ２０ｂの円周部領域は、概して自由であり、これによって、第２の把持アーム２６によって、ＦＯＵＰ３２内に直接ウェハ２０ｂを置き、ＦＯＵＰ３２から取り出すことが可能になる。したがって、ウェハ２０は、第２の把持アーム２６によって水平にして上下に積み重ねることもできる。

図の例示的な実施形態においては、把持トング２４および第２の把持アーム２６は、Ｌ字形取付ブラケット７４の自由端に隣接して配置されている。取付ブラケット７４は、第１の把持アーム２４が配置されている取付ブラケット７４のそのリムに対して同軸である軸７６周りに回転することができる。これによって、軸７６周りに９０°アームを回転させることによって、保管要素１８の１つから、垂直に位置合わせされたウェハ２０ａを取り出したり、ウェハ２０ａを移動させて水平に位置合わせすることが可能になる。水平に位置合わせされたとき、ウェハ２０ａは、台２８に載置することができ、そこで、次いで、ウェハ２０ａは、第２の把持アーム２６によって持ち上げられて、ＦＯＵＰ３２内に移動される。逆に言えば、水平に位置合わせされたウェハ２０ｂをＦＯＵＰ３２から取り出して、台２８上に載置することができ、そこから、保管要素１８の１つに配置するために、把持アーム２４によって持ち上げられて、移動されて垂直に位置合わせされる。

図４において矢印６２で示されているように、各スロット付き保持具５０〜５６は、長手方向６２に移動させることができる櫛状ストリップの形状になっている。これは、ウェハ２０が、たとえ、スロット付き保持具５０〜５６のスロット幅が個々のウェハ２０の厚みより若干大きい場合でさえも、保持具５０〜５６内に、傾くことなく垂直に位置合わせされた状態に保たれるように、スロット付き保持具５０〜５６を互いに位置合わせすることが可能であることを意味している。

図の例示的な実施形態においては、装置１０は、ウェハを保管するのに非常に適している。特に、ウェハの個別の（「裸の」）保管は、装置１０は、説明した取扱ユニット１４と共に、任意の所望の保管要素１８からウェハ２０を１つのＦＯＵＰ３２内に置くことができることから、選別機が不要であることを意味している。本新規な装置１０は、いわゆるＦＯＵＰストッカー、すなわち、ＦＯＵＰ用の保管システムと組み合わせた場合に有利に使用することができる。この改良形態においては、これまで必要とされた選別機を必要とすることなく、完全に自動的にウェハ２０をＦＯＵＰに充填することができる。これによって、ウェハの垂直保管およびこれに関連した高いパッキング密度のために、小さい空間での高い保管能力が可能となる。また、箱の形状の個別の保管要素内での個々のウェハの保管によって、異なるウェハ２０間の相互汚染を、「開放」式の保管にもかかわらず、概して排除することができる。

さらなる例示的な実施形態の以下の説明において、同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。
図７および図８は、全体を、参照番号８０で示す本新規な装置の好適な例示的な実施形態を示す。装置８０においては、複数の保管要素８１は、円形に取扱ユニット８２を取り囲んでいる。取扱ユニット８２は、この場合、図７および図８の紙面に平行な水平面上を半径方向にのみ移動させることができる関節アーム８４を有するＳＣＡＲＡロボットである。関節アーム８４は、保管要素８１の円形配置によって画定されている円の中心点８６で回転することができるように取り付けられている。したがって、関節アーム８４は、水平面内で、かつ、円の中心点８６に対して半径方向に、動作を行うことができる。関節アーム８４は、物品２０、特に、半導体ウェハを保管要素８１から半径方向に取り出し、保管要素８１内に配置するのに最適である。

さらに、装置８０においては、複数の保管要素８１は、類似の例示的な実施形態の側面図の形態で図９および図１０に示すものと類似の方法で、上下に配置されている。取扱ユニット８２が保管要素８１の様々な垂直面にアクセスすることを可能にするために、ＳＣＡＲＡロボットは、２つの案内レール８８に沿って垂直に（すなわち、図７および図８の紙面に直角に）移動させることができるキャリッジ８７上の関節アーム８４によって取り付けられている。

この場合、保管要素８１は、図３および図４に示す保管要素１８と類似の方法で設計されている。特に、垂直方位にウェハ２０を保持するように設計されている。しかしながら、先の実施形態とは異なり、この場合の保管要素８１は、平面視で円形リングの形状の外形を有し、その結果、保管要素８１が並んで配置されると、円形リングとなる。したがって、各保管要素１８は、取扱ユニット８２に面する内側より、取扱ユニット８２とは反対の外側のほうが幅が広い。さらに、ウェハ２０は、保管要素８１において、Ｖ字形に配置されている。各ウェハ２２は、円の中心点８６と一直線上に位置合わせされている。ウェハ２０がこのように配置されると、結果的に、浄化ガスが外方から内方に向かって保管要素８１を流れるときにノズル効果が生じる。

この例示的な実施形態における保管要素８１は、有利なことに、浄化ガスを供給する結合部９０を有する。この場合、結合部９０は、保管要素８１を後面から浄化ガスでパージ処理することができるように、保管要素８１のより幅が広い後面上に配置されている。さらに、各結合部９０は、弁９１（ここでは詳細には図示せず）を有し、弁９１によって、結合部９０を選択的に開閉することができる。したがって、浄化ガスで個別に保管要素をパージすることが可能であり、これは、特に、保管要素８１が異なる保管品を有するときに有利である。

図８は、図９の断面平面ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩにほぼ対応する断面平面に沿った装置８０の平面図を示す。図８の平面図からわかるように、保管要素８１のいくつかは、装置８０の下層においては、「なくなっている」かもしれない。第２の取扱ユニット９２およびプリアライナ９４は、このようにして作られた空いた空間内に配置されている。
第１の取扱ユニット９２は、保管要素８１から取られたウェハ２０をプリアライナ９４上に載置するように設計されている。この目的のために、取扱ユニット８２は、垂直に位置合わせされた保管要素１８から取られたウェハを水平位置に移動させ、プリアライナ９４上に載置することができる。プリアライナ９４は、水平位置においてウェハ２０を正確に位置合わせする。次いで、ウェハ２０は、第２の取扱ユニット９２によって把持され、次いで、ＦＯＵＰ３２内の入力／出力ステーション９６に置かれる。入力／出力ステーション９６が、ウェハ２０を汚染なくＦＯＵＰ３２内に挿入することができるように、装置８０の包囲ハウジング１２との気密の結合部を有することは、自明である。逆に言えば、第２の取扱ユニット９２は、入力／出力ステーションにおいてＦＯＵＰ３２からウェハ２０を取り出すことができ、プリアライナ９４上に載置することができる。そこから、ウェハ２０は、第１の取扱ユニット８２によって持ち上げられて、保管要素８１のうちの１つの中に配置される。

図７および図８において簡略に示すように、第２の取扱ユニット９２は、この場合、同様に、水平面上でのみ、かつ、円の中心点に対して半径方向に、移動させることができる関節アームを有するＳＣＡＲＡロボットである。
図７および図８に示す例示的な実施形態においては、入力／出力ステーション９６は、ＦＯＵＰ３２を積載する２つの保持具を有する。これは、装置８０が、その結果、選別機の機能を実行する、すなわち、１つのＦＯＵＰ３２から別のＦＯＵＰ３２にウェハ２０を移動させ、必要であれば、ウェハ２０を整理し直すことができるので有利である。

図９は、参照番号１００で全体を示す本新規な装置のさらなる例示的な実施形態を示す。同じ参照符号は、前と同じ要素を示す。
原則的に、装置１００は、図７および図８に示す装置８０と同一である。すなわち、垂直方向に上下に、かつ、取扱ユニット８２の周りに円形に配置されている複数の保管要素を有する。この場合、装置８０との唯一の相違点は、ウェハ２０は水平に位置合わせされた保管要素１０２に載置されるという点である。これによって、保管要素１０２に対してウェハ２０の挿入および取り出しを行うときに、取扱ユニット８２がウェハ２０を９０°回転させる必要がなくなる。この点を別にすれば、装置１００は、図７および図８に示す装置８０に対応している。

第１の取扱ユニット８２の移動路を示すために、第１の取扱ユニット８２は、この場合、２つの垂直限界位置で示されており、その１つは、参照番号８２’で示されている。
図９に示す側面図において、装置１００は（装置８０と同様に）、頂部にファンおよびフィルタユニット１０４を有し、包囲ハウジング１２の内部を通る、浄化ガス、特に濾過された空気の流れを生成する。図１０においてその一部を示すように、ファンおよびフィルタユニット１０４は、装置１００の上方で環境空気を吸い込む。吸込まれた環境空気は、浄化および乾燥され、次いで、包囲ハウジングの内部に通される。図の例示的な実施形態においては、浄化された空気は、個々の保管要素１０２の後面上にある結合部９０を介して通され、そこから、個々の保管要素１０２内に通される。したがって、クリーン・ガスの気流は、図１０において参照番号１０６によって簡略に示すように、保管要素１０２の後面から入り、保管要素１０２の開放された前面に現れて、そこから下方に流れる。上記でさらに説明したように、この流れの方向は、垂直保管によりノズル効果を生じ、浄化効果がさらに高められる。しかしながら、良好な貫流は、図９および図１０に示すように、水平保管で達成することもできる。さらに、原理的には、図１ないし図５に示す例示的な実施形態の場合のように、内方から外方にウェハをパージ処理することも可能である。

図７ないし図１０において、例を用いて既に説明したように、図の例示的な実施形態の個々の特徴は、互いに組み合わせることもできる。したがって、保管要素１８は、適切に設計されていれば、例えば、水平に位置合わせされたウェハを保管するために図１および図２に示すような装置を使用することが可能である。垂直保管はパッキングの高密度化および気流の向上のために好ましいが、なかには水平保管を好むユーザもいる。さらに、図１および図２の保管要素１８に、保管要素を通る個々の流れを実現するために結合部９０を設けることもできる。その場合、結合部を保管要素の上部前面領域内に配置することが好ましい。逆に言えば、図７ないし図１０に示す例示的な実施形態における保管要素８１および保管要素１０２は、図３および図４を参照して説明したように、内方から外方への流路を有することもできる。さらに、例えば、保管要素の円形の配置を取扱ユニットとしての６軸ロボットと組み合わせることが可能である。

最後に、完全を期すために、本発明は、レチクルなど、汚染の影響を受けやすい他の平坦な物品を保管するために使用することもできることに触れておかなければならない。このとき、スロット付き保持具５０〜５６を有する箱状の保管要素１８をレチクルの外寸に適合させなければならないことは、自明である。同様に、取扱ユニット１４の把持要素をレチクルの外寸に適合させなければならない。

本新規な装置の例示的な実施形態の断面平面略図である。 保管要素の手動取り出し用の扉が開放状態である、図１に示す装置を示す。 半導体ウェハを保持するための保管要素の好適な例示的な実施形態の側断面図（図４の線ＩＩＩ−ＩＩＩ）である。 複数のウェハが中にある、図３の保管要素の正面図である。 保管要素を積み降ろしする取扱ユニットの好適な例示的な実施形態の一部の略図である。 図５に対して９０°回動した作動位置での、図５の取扱ユニットの略図である。 本新規な装置のさらなる例示的な実施形態の断面平面図の形態での略図である。 図７に示す装置の、図７に示す断面平面の下の断面平面を示す。 本新規な装置のさらなる例示的な実施形態の部分断面側面の略図である。 図９の例示的な実施形態の一部を示す。

Claims (18)

1. 汚染の影響を受けやすい平坦な物品（２０）を保管するための、特に、半導体ウェハを保管するための装置であって、
   少なくともいくつかが上下に配置され、複数の平坦な物品（２０）を保持するための複数の保管要素（１８；８１；１０２）であって、各々が、平坦な物品（２０）を受けるようにされた複数のスロット付き保持具（５０〜５６）を有する複数の保管要素（１８；８１；１０２）と、
   前記スロット付き保持具（５０〜５６）のうちの１つに対する平坦な物品（２０）の自動化された挿入および取り出し用の第１の取扱ユニット（１４；８２）とを含み、
   前記保管要素（１８；８１；１０２）が、少なくとも一方で開放状態であって、かつ、前記物品（２０）が載置される箱状の要素であり、前記複数の保管要素（１８；８１；１０２）および前記第１の取扱ユニット用（１４；８２）に共通のクリーン・ルームを形成する包囲ハウジング（１２）を含み、
   前記複数の保管要素（１８；８１；１０２）が、定置式取付ラック（１６）上に並んで静置配置され、かつ、前記第１の取扱ユニット（１４；８２）の少なくとも２つの側を取り囲んでおり、
   前記定置式取付ラック（１６）は、前記複数の保管要素（１８；８１；１０２）を取り付け可能な鉛直の側壁を有することを特徴とする装置。
2. 前記物品（２０）が、前記保管要素（１８；８１；１０２）内に垂直方位に載置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の保管要素（１８；８１；１０２）が、前記第１の取扱ユニット（１４；８２）をほぼ円形形状に取り囲んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 前記複数の保管要素（８１；１０２）が、円の中心点（８６）を規定し、前記第１の取扱ユニット（８２）が、前記円の前記中心点（８６）の領域内に配置されていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
5. 前記物品（２０）が、前記保管要素の前記円の前記中心点（８６）と一直線上に位置合わせされることを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 前記取扱ユニット（８２）が、水平面上でのみ移動するようにされた関節アーム（８４）を有し、前記関節アーム（８４）が、垂直方向に移動するようにされたキャリッジ（８７）上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
7. 前記取扱ユニット（１４）が、６軸ロボットであることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記物品（２０）を移送して前記包囲ハウジング（１２）内に入れたり、または、前記包囲ハウジング（１２）から出したりするように設計された第２の取扱ユニット（９２）を特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記取扱ユニット（１４）が、少なくとも２つの第１の把持要素（６４、６６）を有する第１の把持アーム（２４）を有し、
   前記第１の把持アーム（２４）が、水平保持位置と垂直保持位置との間を移動するようにされていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記少なくとも２つの第１の把持要素（６４、６６）が、１８０°を上回る角度範囲（α）の円弧をカバーする把持トング（２４）上に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記取扱ユニット（１４）が、少なくとも２つの第２の把持要素（６８、７０）を有する第２の把持アーム（２６）を含み、前記第２の把持要素（６８、７０）が、前記第２の把持要素（６８、７０）によって画定される平面（７２）の外側に位置するアーム部上に配置されていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記取扱ユニット（１４）が、前記第１および第２の把持アーム（２４、２６）が配置されている少なくとも２つの自由端を有するマウント・ブラケット（７４）を含むことを特徴とする請求項１０または１１に記載の装置。
13. 前記包囲ハウジング（１２）が、前記保管要素（１８；８１；１０２）への直接的なアクセスを可能にする少なくとも１つの扉（２２）を有し、前記保管要素（１８；８１；１０２）が取り外し可能に取り付けられている取付ラック（１６）を特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の装置。
14. 各保管要素（１８；８１；１０２）が、互いに対してほぼＬ字形に配置されている少なくとも１つの底壁（４０）および１つの後壁（３８）を有することを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか１項に記載の装置。
15. 開口部（４６）が、前記後壁（３８）と前記底壁（４０）との間の領域内に残されていることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 各保管要素（８１；１０２）が、浄化ガスを供給する結合部（９０）を有することを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
17. 各保管要素（１８；８１；１０２）が、前記保持具（５０〜５６）内の前記物品（２０）を脱落しないよう固定する固定要素（６０）を含むことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
18. 各保管要素（１８；８１；１０２）内の前記スロット付き保持具（５０〜５６）が、長手方向（６２）に移動させることができる長手形状を有し櫛状のストリップの形態であることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の装置。

Images