JPH08181184A - 半導体製造ラインの構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の製造ラインはそれぞれ一長一短であ
り、ＱＴＡＴかつ量産性にすぐれたラインは存在しなか
った。本発明はこのような従来技術の課題を解決し、Ｑ
ＴＡＴ性と量産性の両立を可能とする製造ラインを提供
するものである。 【構成】 処理装置の配置はジョブショップ形式とする
一方、各処理装置間の搬送および処理はタクト制御でお
こない、さらに、各処理装置間の搬送を自在に行えるよ
うなライン構成とする。 【効果】 本発明によれば、必要最小限の処理装置台数
で構成できるので装置の利用効率を高めることができる
一方、被加工物の搬送と処理をタクトに同期して行なう
ので、連続フロー形式のＱＴＡＴ性を維持することがで
きる。さらに、搬送経路の自在変更性を有するので、処
理装置が故障してもラインが停止することは無く、常に
高い稼動率を維持することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は多数の処理装置を用いて
微細加工を行う製造ラインに係り、特に多品種の半導体
を短納期（Ｑｕｉｃｋ Ｔｕｒｎ Ａｒｏｕｎｄ Ｔｉ
ｍｅ；ＱＴＡＴ）で生産することに適した半導体製造ラ
インの構成方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の半導体製造ラインの構成法は、大
きく以下の３種類に分類できる。大量生産によって低コ
スト性をねらう場合には、主として図１に示すジョブシ
ョップ方式がとられていた。この方式では、同一種類の
半導体処理装置（例えば図１中にＡと記されている成膜
装置１１を複数台まとめて１つのスペース１（ショップ
と呼ばれる）内に設置する。中央搬送システム１００で
前工程から搬送されたウェハロットは一時スタッカ１０
に保管されている。成膜ショップ１では、ショップ内搬
送ロボット１９が工程指示に従ってスタッカ１０から目
的のウェハロットを取りだし、指示された処理装置１１
〜１６に上記ウェハロットを配送する。この場合、処理
をどの装置で行うかはそのショップ内の各装置の稼働状
況に応じてショップ管制制御装置（図示せず）が指示す
る。この成膜ショップ１での処理が終わると、再びショ
ップ内搬送ロボット１９がスタッカ１０に該当ウェハロ
ットを搬送、保管し、中央の工程管制制御装置（図示せ
ず）に当該ウェハロットが成膜処理を完了してスタッカ
１０に収容されたことを連絡する。中央の工程管制制御
装置は工程順に従って、次に処理すべきホトリソショッ
プ２への上記ウェハロットの搬送を中央搬送システム１
００に指示する。以後、同様の手順によって当該ウェハ
ロットは一連の処理を受けて、完成される。

【０００３】上記ジョブショップ方式によれば、一時ス
タッカにて時間調整することになるので、それぞれの処
理装置の処理時間が異なっていても、装置台数の増減に
より処理装置の稼動率を高く維持したまま常に一定量を
処理することができる。その結果として、必要最小限の
処理装置の台数でラインを構成でき、高い投資効果が得
られる大きな特長がある。また１つのショップ内に同型
の処理装置が複数台設置されているので、１台の装置が
故障している場合でも容易に他の装置へ処理を振り替え
ることができ、製造ライン全体が停止するような事は無
い。そのため、装置の故障に対しても高い稼働率を維持
できる利点がある。

【０００４】しかしながらこのジョブショップ方式で
は、ショップ出入口に設けてあるストッカに一時的にウ
ェハロットを保管して時間調整をするので、一般的に全
工程の処理に要する期間は３ヶ月程度と、極めて長い期
間を要していた。

【０００５】他方、少量多品種の製品を短納期で生産す
る場合には、機器等の全自動生産工場で一般的な図２に
示す連続フロー生産方式がとられる。各処理装置１１、
２１、３１等の処理タクトをそろえて流す、いわゆるタ
クト生産であり、処理のための待ち時間がなくなるので
最短期間で製造できる利点がある。ところがこの方式に
おいて必要とされる処理装置の数は処理工程と同じだけ
の台数となるので、一般的に上記ジョブショップ方式に
比べて３割程度多い装置台数が必要となり、投資効率は
低くなる。また、それらの処理装置の内の１台でも故障
するとライン全体が停止してしまうため、ライン稼働率
が極めて低くなる欠点がある。

【０００６】上記２つの方式の中間的なものとして、図
３に示すモジュール方式が特開平４−１１５５１３に公
開されている。この方式では、全処理工程の内、何度も
繰り返される処理工程をグループ化して１つのモジュー
ルとしてまとめ、一つのエリア内に設置する。例えば、
図３中のモジュール２０１は配線工程のためのモジュー
ルであり、処理装置ＡからＧまで経ると金属成膜、ホト
リソ、エッチング、洗浄等の処理を受けて配線部を形成
できる。モジュール内の各装置の間は専用搬送機構で結
合してあり、タクト制御で搬送処理を行なう。このよう
ないくつかの機能の異なるモジュールを設け、それぞれ
の出入口にはスタッカ１０、２０等を設ける。これらの
スタッカ間をジョブショップ方式と同じ中央搬送システ
ム１００で結んで製造ラインを構成する。この方式は、
ジョブショップ方式の高稼働率性と、連続フローライン
方式の特長であるＱＴＡＴ性の中間的な性格をもつライ
ンであり、長所、短所もそれぞれ半分ずつ持ち合わせる
ことになる。このモジュール生産方式では、モジュール
内を連続フロー運転するために各装置間を専用搬送機構
でハード結合するが、一台の処理装置でも故障すると、
このモジュール全体の機能が停止してしまう。この問題
を回避するため、コンピュータ制御のフレキシブルな搬
送システムを用いる例が特開平６−１０４３２８に開示
されている。この技術では、モジュール内に環状のベル
トコンベアを設置し、各処理装置をその周辺に接続す
る。ウェハは１枚ずつ可搬式密閉容器に入れられてこの
コンベア上を搬送され、各処理装置に取り込まれる。こ
の技術によればモジュール内の装置選択フレキシブル性
は向上するが、環状のベルトコンベアを用いるために装
置間の搬送時間はより長くなり、さらに装置の設置場所
がコンベア周辺に限られるなどの欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
製造ラインにはそれぞれ一長一短があり、ＱＴＡＴ性と
量産性、さらに装置設置のフレキシブル性などを同時に
満足しうるラインは存在しなかった。本発明はこのよう
な従来の製造ラインの課題を解決するためになされたも
のである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、処理装置の
配置はジョブショップ形式とする一方、各処理装置間の
搬送および処理はタクト制御でおこない、さらに、ある
処理装置が故障した場合には搬送経路を変更して残りの
処理装置の組合せで処理できるよう、各処理装置間の搬
送を自在に行えるようなライン構成とすることにより解
決される。

【０００９】そのための具体的な搬送方法として、スタ
ッカを中継点としてウェハロットをショップ内小規模搬
送システムからショップ間高速搬送システムに積換える
従来の階層型の搬送形態に変えて、装置間を直接に搬送
する一層型の搬送形式とすることにより、タクト時間内
の短時間搬送と搬送経路の自在変更性の両機能を同時に
満足することができる。さらに、装置間直接かつ自在な
搬送は、クリーンまたは真空の雰囲気を保ったまま被加
工物を搬送するためのウェハ搬送容器と、その容器を載
せて２次元的に移動可能な複数の搬送車と、製造ライン
の天井または床下空間に設けられて、上記搬送車が各装
置間を直接に結ぶための２次元搬送網により構成するこ
とができる。

【００１０】

【作用】上記構成によれば、必要最小限の処理装置台数
で構成できるので投資効率を高めることができる一方、
被加工物の搬送と処理をタクトに同期して行なうので、
連続フロー形式と同一のＱＴＡＴ性を維持することがで
きる。他方、搬送が２次元平面的なので搬送経路を自在
に変更することができ、１台の処理装置が故障しても代
替処理装置へジョブを切り替えることにより、ラインが
停止させること無く、常に高い稼動率を維持することが
できる。

【００１１】

【実施例】本発明の基本概念を図４を用いて説明する。
処理装置の配置に何ら制約はないが、ジョブショップ生
産方式と同様、同一種の装置は同一スペースに設置する
と都合が良い。例えば、図４（ａ）に示すように、成膜
装置１１、１２、１３、１４などを集めた成膜ショップ
１、ステッパ２１〜２４を集めたホトリソショップ２、
エッチング装置３１〜３４を集めたエッチングショップ
３などを設ける。通常は成膜装置１１で処理した後には
ステッパ２１で、その後はエッチング装置３１で、とい
うように仮想の処理モジュール２０１を形成して順次処
理される。各処理装置の処理はタクト制御されて運転さ
れており、次の装置へのウェハ搬送もこのタクト時間内
に行なわれる。即ち、処理の流れは連続フローと同一で
あり、ジョブショップ生産方式やモジュール生産方式に
おけるスタッカ等の設備は無い。処理モジュール２０
２、２０３、２０４もまったく同一の機能を持ってお
り、モジュール２０１と並列に処理されている。

【００１２】ここで、例えばモジュール２０１内の１台
の処理装置１１が調整や清掃のために稼動できない場合
には、モジュール２０１の機能が停止するだけである
が、例えば処理装置２４、３２、４３、も同時に停止し
た場合、４つのモジュール全ての機能が停止してしま
い、製造ラインは完全に停止してしまうことになる。

【００１３】本発明では、上記のような処理装置の故障
時に処理ルートを変更してライン運転を続けられるよ
う、各処理装置間の搬送を自在に行なえる２次元搬送網
３０１を備える。すなわち、図４（ｂ）に示すように、
処理装置１１、２４、３２、４３の４種の処理装置が停
止した場合にも、モジュールの構成を変更し、稼動可能
な処理装置を組み合わせて３つの新しいモジュール２０
２−２，２０３−２，２０４−２を作り出す。このよう
に、各処理装置間の搬送経路を自在に変更可能とするこ
とにより、製造ラインの稼動率を高く維持することがで
きるばかりでなく、装置の配置についても制約がなくな
る。そのため、設置台数を徐々に増やしたり、装置入れ
替えの場合でも同一場所でなくとも良いことになる。

【００１４】図５に本発明の具体的な実施例を示す。処
理装置１１〜３４等は碁盤の目状に配置されている。こ
れら装置が設置される部屋の天井部には装置の配列と同
様なマトリックス状の搬送路網３０１が設けられてお
り、各処理装置のウェハローダ部１１−１〜３４−１
は、この搬送網の垂直下部のいずれかの部分に必ず重な
るように設けられている。各処理装置のローダ部１１−
１、１２−１等にはエレベータ機構１１−２、１２−２
等が備えられており、後述するウェハ搬送容器を天井の
搬送路との間で上げ降ろしする。この搬送路網３０１に
は複数の搬送車４０１、４０２等が走行し、搬送制御装
置（図示せず）の指示に従って各処理装置間でウェハ搬
送容器をやりとりする。この搬送作業は、各処理装置の
処理タクト時間内に完了し、処理装置が処理すべきウェ
ハの到着を待ったり、逆に複数のウェハが処理される順
番を搬送路上で待機することの無いように搬送制御され
る。

【００１５】搬送路網３０１の構成詳細を図６に示す断
面構造図を用いて説明する。搬送路３０１は矩形断面を
持つダクト状をしており、ダクトの天井部に搬送車を案
内、駆動するための２本のガイドレール３０１−１、３
０１−２が敷設されている。これら２本のガイドレール
の間には適当な箇所ごとに横断路３０１−３が設けられ
ており、搬送車４０１はこの場所でレールを乗り換える
ことができる。これにより、複数の搬送車のすれ違い、
追越し等を行なう。この進路変更は、碁盤の目状に配置
された搬送網の交点でも行なうことができ、２次元的に
配置されている搬送路網の上を、搬送車の前後の姿勢を
保ったまま横方向にも移動することができる。

【００１６】搬送車４０１の構成例を図７を用いて説明
する。搬送車４０１は鋼鉄製の天井６００に永久磁石６
０１の磁気吸引力を利用してへばりつき、ウェハ搬送容
器５００を下部に保持して２次元的に動くものである。
搬送車の下部には磁気吸引力を利用する着脱機構４０２
が設けられており、ウェハが入っているウェハ搬送容器
５００を吸着して搬送する。この搬送容器５００は局所
的にクリーンな環境にウェハを保って搬送するためのも
のであり、例えば特開昭６０−１４３６２３などにその
技術が開示されている。このウェハ搬送容器５００はエ
レベータ機構７００を用いて上記搬送車４０１とプロセ
ス処理装置７０１との間を移動し、プロセス処理装置７
０１に付属しているロード／アンロード機構７０２を介
して容器内のウェハが処理装置７０１内にとりこまれ
る。

【００１７】搬送車４０１の推進は後述する平面リニア
パルスモータで行ない、そのための電力エネルギは搬送
路からブラシ６０２、６０３で集電する。この集電方式
ではブラシの摩耗粉が発生するが、これは搬送路３０１
のダクト下部底板６０５により飛散を防止できる。適
時、この搬送路３０１上にクリーニング車を走らせるこ
とにより、ダクト内に堆積した摩耗粉の除去を行なう。
上記集電方式以外にも、電磁誘導型の非接触集電方式や
充電式のバッテリを搬送車に積載する方式でも良い。

【００１８】図８にＸＹ２次元的に搬送車を駆動するた
めの平面リニアパルスモータの構成を示す。鋼鉄製の天
井６００には櫛状の溝６０９が刻まれており、パルスモ
ータの磁極として機能する。可動部側にはバイアス用の
永久磁石６０７とコイル６０６が巻かれた磁極６０５が
設けられており、一般的なパルスモータと同様な励磁制
御法により順次励磁を切り替えて直進運動させる。同様
な構成のリニアパルスモータ機構６０８が上記と直交す
る方向にも設けられており、それにより２次元移動を行
なうことができる。

【００１９】上記リニヤパルスモータ以外にも従来一般
的な車輪を用いて駆動する形式のものでも良い。この場
合、２次元移動を行なわせるためには、車軸の舵軸を９
０度回転させて進路方向を転換する形式や、あらかじめ
Ｘ方向駆動とＹ方向駆動の車軸をそれぞれ２系統設けて
おき、これら機械的に選択して進行方向を定める形式、
あるいは球状の車輪を用い、ＸＹ２方向の動きを制御す
る方式などを用いることができる。

【００２０】搬送路３０１上には複数の搬送車が走行す
るが、いつどの番地に行って搬送容器を受け渡すか、に
ついては、中央の管制システムから無線で指示が与えら
れる。各搬送車は搬送路上に刻まれているバーコードを
読み取り、現在搬送車が位置している２次元座標を知
り、上記無線指令値と比較しながら目的座標まで走行す
る。

【００２１】これまで説明した実施例は搬送車が天井に
吸着される形式であるが、当然のことながら、搬送ダク
トの床面上を走行するタイプや、天井に限らず、各処理
装置が設置される床面上や床下でも良いことは明らかで
ある。

【００２２】

【発明の効果】上記のように本発明によれば、ジョブシ
ョップ生産方式と同様に、必要最小限の処理装置台数で
構成できるので装置の利用効率を高めることができる。
一方、被加工物の搬送と処理をタクトに同期して行なう
ので、連続フロー形式のＱＴＡＴ性を維持することがで
きる。さらに、搬送経路の自在変更性を有するので、処
理装置が故障してもラインが停止することは無く、常に
高い稼動率を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のジョブショップ生産方式の説明図であ
る。

【図２】従来の連続フロー生産方式を説明する図であ
る。

【図３】従来のモジュール生産方式を説明する図であ
る。

【図４】本発明の概念を説明する図である。

【図５】本発明の具体的な実施例を示す図である。

【図６】本発明における搬送路の具体的実施例を説明す
る図である。

【図７】本発明の実施例における２次元搬送車の構成例
を説明する図である。

【図８】本発明の実施例における搬送車の推進機構の構
成例を説明する図である。

【符号の説明】 １…成膜ショップ、２…ホトリソショップ、１１…成膜
装置、１０…スタッカ、１００…中央搬送システム、２
０１…処理モジュール、２０１−２…処理ルート変更後
のモジュール、３０１…２次元搬送網、４０１…２次元
搬送車、５００…ウェハ搬送容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横山 夏樹 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 日高 稔 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の処理装置から構成される生産ライン
   において、該各処理装置間を直接に被加工物を運べる搬
   送網手段を備えることを特徴とする半導体製造ラインの
   構成方法。
2. 【請求項２】上記複数の処理装置がタクト制御されて運
   転され、上記被加工物の搬送が処理タクトの時間内に終
   了するように搬送が制御されることを特徴とする、第１
   項請求の半導体製造ラインの構成方法。
3. 【請求項３】必要に応じて上記搬送経路が変更できるよ
   うに搬送が制御されることを特徴とする、第２項請求の
   半導体製造ラインの構成方法。
4. 【請求項４】搬送網が２次元格子状に配置され、各処理
   装置が搬送網の少なくとも一部に接続できるように各処
   理装置にエレベータ機構を設けたことを特徴とする、第
   ２項請求の半導体製造ラインの構成方法。
5. 【請求項５】上記搬送網上を移動する搬送車が２次元移
   動可能であることを特徴とする、第２項請求の半導体製
   造ラインの構成方法。
6. 【請求項６】上記２次元移動搬送車の推進として２次元
   パルスモータを利用することを特徴とする、第６項請求
   の半導体製造ラインの構成方法。
7. 【請求項７】上記搬送網上を移動する２次元搬送車が、
   搬送網上にいる自己の座標を読み取る機能を備えたこと
   を特徴とする、第５項請求の半導体製造ラインの構成方
   法。