JPH0878503A

JPH0878503A - 生産ライン構築方法

Info

Publication number: JPH0878503A
Application number: JP7171783A
Authority: JP
Inventors: Minoru Ikeda; 稔池田; Takemasa Iwasaki; 武正岩崎; Sadao Shimosha; 貞夫下社; Hiroto Nagatomo; 宏人長友; Tadashi Yamada; 正山田; Makoto Terachi; 誠寺地; Kazuhiro Shioda; 和宏塩田
Original assignee: Hitachi Hokkai Semiconductor Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Renesas Semiconductor Package and Test Solutions Co Ltd
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1995-07-07
Publication date: 1996-03-22

Abstract

(57)【要約】【構成】半導体生産のように複数の工程を繰り返して処
理し、しかも、処理対象物（ウェハ）を収納したカセッ
トを繰り返えし利用する生産において、生産設備のロ−
ドアンロ−ドのカセットの高さ及び奥行の値に範囲を設
け、該範囲内の複数の設備のみで生産ラインを構成し、
該範囲内のすべてのカセットを搬送可能な可動範囲を有
する自動搬送手段により、上記複数の設備相互のカセッ
トの搬送を行うことを特徴とする生産ライン構築方法。【効果】本発明によれば、搬送ロボットが過大な寸法と
なることを防止し、搬送の高速化が図れるとともに、搬
送通路スペ−スの節約ができる。また、生産設備の標準
化ができ、自動化ラインの構成が廉価になる効果もあ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、生産ラインの構築方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の生産ラインの構築方法としては、
三菱電機技報・Ｖｏｌ．６３・Ｎｏ．１１・１９８９に
紹介された「半導体のＦＡ技術」と題する文献、ＪＭＡ
ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ（ＪＵ
ＬＹ１９９０）に紹介された「製造工程が複雑で変化
の多い半導体工場のＦＡ」と題する文献、或いは、特公
昭６４−６５４０号公報、特開昭６３−５７１５８号公
報、特開平２−１１７５１２号公報に記載されたシステ
ムが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、半
導体生産工場における自動化ラインの構築に関するもの
であるが、半導体生産工場における各加工処理装置に対
して被加工物をロード・アンロードする多関節ロボット
と、複数の加工処理装置から成る加工処理装置群との関
係については特に配慮されておらず、搬送ロボット或い
は搬送通路スペースの小型化、生産ライン全体における
被加工物の搬送速度について改善すべき余地が残されて
いた。

【０００４】本発明は、搬送ロボットが過大な寸法とな
ることを防止し、搬送の高速化が図れるとともに、搬送
通路スペ−スの節約ができ、また生産設備の標準化がで
き、自動化ラインの構成が廉価になる生産ラインの構築
方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、複数の加工処理装置から成る加
工処理装置群と、各加工処理装置に対して被加工物をロ
ード・アンロードする多関節ロボットと、それらの加工
処理装置間で被加工物を搬送する自動搬送手段とによっ
て生産ラインを構築する方法において、上記多関節ロボ
ットによって被加工物をロード・アンロードする際の各
加工処理装置ごとの各ロード・アンロードエリアが、最
大のエリアであっても上記多関節ロボットの可動範囲内
に包接されるように生産ラインを構成することを特徴と
する。

【０００６】

【作用】本発明は、多関節ロボットによって被加工物を
ロード・アンロードする際の各加工処理装置ごとの各ロ
ード・アンロードエリアが、最大のエリアであっても上
記多関節ロボットの可動範囲内に包接されるように生産
ラインを構成したので、搬送ロボットが過大な寸法とな
ることが防止でき、また搬送通路スペ−スの節約ととも
に生産設備の標準化ができ、併せて搬送の高速化も図れ
るものである。

【０００７】

【実施例】図１は、本発明の生産ライン構築方法を例え
ば半導体生産ラインに適用した場合の全体レイアウト構
成を示したものである。通常、半導体の生産は、素材
（ウェハ）をラインに投入し、回路形成、成膜工程を繰
返しながらウェハ上に完成品を作り込む。そして、良否
判別テストにより良品（完成品）をチップ上から切り出
し、封止・組立て後に製品テストを行ない、完成品を選
別し、出荷する。

【０００８】通常、素材である全表面ウェハは、運搬用
カセットに入れてメーカからトラックで工場に運び込ま
れ、外気等に触れた部分に附着した異物を除去するため
にクリニングをした後、例えば２階に位置した作業事務
所１４に運び込まれ事務所入出庫ストッカ１３から素材
である鏡面ウェハを投入する。投入された鏡面ウェハ
は、例えば事務所入出庫ストッカ１３から昇降装置６を
経由してライン入出庫ストッカ１２に自動搬送され一時
保管する。そして、必要に応じて取り出し、初工程であ
る表面酸化処理後に管理単位であるロット（製品）にま
とめられ、予め決められた毎日の投入量に応じて、複数
ロットを発番し、各々をケースに入れて、又、保管す
る。この場合、初工程であるストッカ１があるところま
で搬送してロットを形成する場合も有るし、ライン入出
庫ストッカ１２から人手で取り出して処理後に又、入庫
する場合も考えられる。

【０００９】多くの半導体生産ラインは、同種機能を持
つ設備群を集めたジョブショップ生産形態を採用してお
り、例えば、高い清浄度が要求されている作業エリア１
１のようにストッカ１、エリア内ロボット９、作業エリ
ア１１’群を必要に応じて設置し、消防法等の規制によ
り、ある面積の単位に、図で示したような防火壁１０を
設けたラインが構成される。この防火壁は、火災等の時
に完全に作業エリアを隔離する必要があるため、床上や
床下にある空気の清浄度を維持している層流部分や工程
間搬送レ−ル２や作業者用通路もただちに遮断できる構
造となっている。各作業エリア１１，１１’群間は、工
程間搬送レール２と施回装置５で閉ループ走行路を形成
し、その上を搬送車３を走らせて製品を自動搬送する。
製品を搬送する場合は、搬送要求に応じて効率的な搬送
制御を搬送制御装置７で行なっており搬送先に到着した
搬送車３は、シフタ４によりストッカ１の出入口に移動
し、ストッカへ製品を渡す。

【００１０】ラインでは、ロット編成を完了した製品を
工程間搬送レール２と旋回装置５からなる、通路内搬送
系を経由して該当するストッカ１に収納し、処理要求に
応じて、エリア内ロボット９であるエリア内搬送系を介
して、必要なエリア処理設備８に製品を搬送する。この
設備における処理が完了すると、再びエリア内搬送系を
経由してストッカ１に収納され、通路内搬送系を介し
て、又は、隣の作業エリアに直接ストッカ内で受け渡し
ができるスルーポートストッカ１５により、次工程の作
業エリアにあるストッカに製品を搬送する。そして、又
エリア内搬送系を経由して、次工程処理を行なう作業手
順を繰り返させ、最終工程にあるストッカ１に製品が搬
送される。この最終工程でも、製品はエリア内搬送系を
介して処理した後に、再びストッカに戻り通路内搬送系
を経由し、閉ル−プ搬送系を離れてライン入出庫ストッ
カ１２に搬送され昇降装置６を経て、作業事務所１４に
ある事務所入出庫ストッカ１３に保管され、都度、良品
検査のために搬送される。

【００１１】このように、搬送系を分散することによ
り、自動化の順序構築が可能となり、稼働までの開発期
間も全ライン自動化より短くなる。

【００１２】この結果、作業エリア１１，１１’は、自
動化されていても、人手による作業であっても問題はな
い。

【００１３】さて、本発明の生産ライン構築方法につい
て、以下詳細に説明する。

【００１４】従来の半導体生産ラインにおける図３に示
す設備２７のローダ・アンローダ２６のカセット２５の
位置（床からカセット底面までの高さ及び設備の手前の
側面からカセットの手前の側面までの奥行き）の分布及
びカセットの姿勢の分布の一例を図２に示す。図の中の
個々の矢印の位置の座標が個々の設備のカセット位置を
示し、個々の矢印の種類（白抜き矢印、黒矢印）と向き
は図７に示すように、個々の設備のカセットの姿勢（縦
置・横置き）と方向（図７に示す方向を０度とした回転
角度）を示す。

【００１５】これら、従来の設備のカセットの位置と向
きは人がカセットを搬送する事を前提にして決定されて
いるため、位置の範囲が非常に広く、また、その向きに
も制約がない。

【００１６】カセットの向きと姿勢は、搬送ロボットが
ロボットハンドを交換することなくカセットを把持でき
るように、２種類程度に制約することが必要であるが、
制約できない場合は、特開平４−３６４７５４号公報に
述べているようなカセットを採用することにより、多種
類の姿勢のカセットを把持できる。

【００１７】カセットの位置は、これらの範囲を全てカ
バーして、多関節ロボットを搬送車に乗せた搬送ロボッ
トでカセットを搬送しようとすると、アームの長い大き
なロボットが必要になる。搬送ロボット９は図１の作業
エリア１１に対向して置かれた設備８群の間の通路を走
行する。この通路の幅は、クリーンルーム内の面積を有
効利用する上で、より狭くする要請と、人が通行でき、
かつ設備の搬入、搬出を可能とするための要請との兼ね
合いにより、１８００ｍｍとする。

【００１８】搬送ロボットの搬送速度は通常人の動作よ
り遅く、人による搬送を搬送ロボットに置き換えると搬
送時間が増加する。搬送時間により設備の稼働率を低下
させないように、設備はバッファカセットを持ち、カセ
ット搬送中（処理完了したカセットを搬出し、未処理カ
セットを搬入するまでの期間）にも別のカセットの処理
を続行できる様にしてある。このため、搬送時間の増加
が直接、設備の稼働率を低下させることはない。しか
し、搬送ロボットが同期していない複数の設備の搬送を
受け持つため、搬送待ち（カセットの処理が完了したと
き、搬送ロボットが他の設備の搬送中であると、その搬
送が完了するまで待つ）が生じることがあり、搬送ロボ
ットの稼働率が高いと（６０％程度）設備の稼働率が低
下する。

【００１９】搬送ロボットの稼働率を下げ、搬送待ちに
よる設備の稼働低下を防止するため、本発明の手段によ
り搬送ロボットの搬送時間を短くする他に、生産ライン
に複数の搬送ロボットを並行して稼働させる必要があ
る。このため、上記通路を複数の搬送車がすれ違うこと
が出来るようにする必要があり、ロボットを乗せる搬送
車の大きさに制約があり、このためロボットの大きさに
も制約がある。

【００２０】また、一台の搬送ロボットが通路の片側の
設備をサービスしている間に、他の搬送ロボットがその
脇を通過できる必要があり、ロボットアームの（設備と
反対側の）可動範囲にも制約がある。

【００２１】また、搬送車と比較してアームの長いロボ
ットを搬送車に乗せると、重量制限（４００ｋｇ以下）
と供給パワー（１５００Ｗ以下）の制限のため、ロボッ
トの速度が低下して搬送時間が長くかかり、搬送ロボッ
トの稼働率が上がり、搬送待ちが増加して、人が搬送す
るよりも設備の生産効率が低下してしまう。

【００２２】そこで、上記大きさに制約のある搬送車に
よる重量制限と供給パワーの制限内でも搬送時間が短い
（カセット１個を設備のローダと搬送車上に設けたカセ
ット台との間で片道移動させる時間が４０秒以下）、小
さい（アームの短い）ロボットを搬送車に乗せた、搬送
ロボットを採用することにする。

【００２３】そして、上記小さいロボットを使用して
も、設備のローダ・アンローダのカセットの位置に届く
ように、図２に斜線で示すカセット位置の設備標準化目
標範囲を決定し、この範囲内の設備のみを用いて自動化
した生産ラインを構築する。カセット位置の範囲はカセ
ットの高さは７５０〜１，１５０ｍｍ，奥行きは０〜３
７０mmとする。

【００２４】この範囲の最も奥のカセットを把持して搬
送する事の出来る走行ロボットの寸法を決定する方法に
付いて実施例を述べる。

【００２５】走行ロボットは図３に示すようにカセット
２５を把持するようにしたハンド２４を備えた６軸また
は５軸の垂直多関節ロボット２２を搬送車２１に乗せた
ものである。

【００２６】(1) ハンド寸法カセットを把持するハンド２４はロボットの手首の中心
２９とカセット２５との距離をできるだけ小さくしてカ
セットの重さを支えるためのロボット手首を駆動するの
に必要なトルクを減らし、また、ロボットを軽くする必
要がある。また、ロボットの手首の中心２９とカセット
２５との水平距離は、図３に示すように横穴３９の奥の
ローダ・アンローダ２６に配置したカセット２５を把持
する場合に、手首２９を横穴の外に出した状態でカセッ
トに届くような長さにする必要がある。

【００２７】これらを考慮して図３のようにカセット底
面からロボット手首までの高さ３７０mm カセットの手
前の側面からロボット手首までの水平距離２１０mmとし
た。 (2) 装置上座標に於ける手首範囲設備２７上のカセット２５を把持するときのハンド２４
の向きはロボット２２の機構上３６０度どの向きでも可
能であるが、本実施例のように設備の奥のカセットを把
持する場合にはハンドの寸法を有効に使用してロボット
の寸法を出来るだけ小さくするために、設備２７に向か
ってカセット２５の手前側６時の方向にロボット手首２
９を配置するよう限定する事にする。これにより図２の
カセット位置の範囲をハンド寸法だけずらした、ロボッ
ト手首位置の範囲を求める事が出来る。

【００２８】図４に示すように、ロボット手首位置２９
の高さは、カセットの底の高さ７５０〜１１５０mmにハ
ンドの高さ３７０mmを加えて１１２０〜１５２０mmとな
り、ロボット手首位置の奥行きは、カセットの奥行き０
〜３７０mmからハンドの奥行き２１０mmを減じて−２１
０〜１６０mmとなる。

【００２９】(3) ロボットと装置との距離図４に示すようにロボットの旋回軸（第１軸）の中心軸
３０と設備２７の手前の側面３１との距離を小さくする
と、寸法の小さいロボットでも設備の奥のカセットを把
持できるようになるが、搬送車２１の幅（片側）３００
mmにバンパーの寸法３０mmと搬送車の位置決め誤差
３０mmと余裕４０mmを加えて、最小４００mmとした。
ロボットの旋回軸３０と手首２９との水平距離は、上記
４００mmに(2) 項のロボット手首位置の奥行き−２１０
〜１６０mmを加えて１９０〜５６０mmとなる。

【００３０】(4) カセットの配置幅設備上のカセットの数は処理効率向上の為複数にする事
が多い。この場合、搬送車の停止位置を変えないで複数
のカセットを搬送すると搬送効率が良い。しかし、ロボ
ットの旋回軸と手首との距離は増加する。

【００３１】図５に示すように最大４個のカセット２５
が３００mmピッチで設備に向かって左右方向に並ぶ場合
を想定し、両端のカセットの左右方向の間隔を最大９０
０mmとする。

【００３２】(5) ロボット座標での手首必要範囲図５に示すようにロボット２２の旋回軸を両端のカセッ
トに均等に届くように中央に配置すると、ロボットの旋
回軸の中心軸３０と両端のカセットを把持するときの手
首の位置との左右方向の距離が上記の半分の４５０mmと
なる。また、前後方向の距離の最大は上記(3) 項の５６
０mmとなる。ロボットの旋回軸３０と手首２９との水平
直線距離の最大は上記４５０mmと５６０mmとの平方和で
７１８mmとなる。

【００３３】ロボットの旋回軸３０と手首２９とを通る
断面における手首の位置の必要な範囲は、図６に矩形範
囲３２で示すように下限は上記(2) 項の１１２０mm、上
限は上記(2) 項の１５２０mmにカセットの位置決めガ
イド３３からはずすためにカセットを持ち上げる距離３
０mm を加えた１５５０mm、水平方向の限界は最小が上
記(3) 項の１９０mm、最大が上記平方和７１８mmであ
る。

【００３４】(6) ロボット寸法と手首動作可能範囲図３に示すようにロボットの第２軸３４の高さＬ１＝１
３００mm、上腕１５の長さ（第２軸と第３軸の間隔）Ｌ
２＝４００mm、前腕３６の長さ（第３軸と手首回転軸交
点との間隔）Ｌ３＝４１０mmとする。各軸の可動範囲は
第２軸がθ２＝−９０度〜９０度、第３軸がθ３＝１０
度〜１４５度、第５軸（ピッチング軸）がθ５＝−１２
０度〜１２０度とする。第１軸、４軸（ローリング
軸）、６軸の可動範囲は充分あるものとする。手首先端
の第６軸（ヨーイング軸）３８は設備のローダ・アンロ
ーダ上のカセットを把持する場合に常に鉛直を保つ必要
がある。

【００３５】図６にこれに基づく手首可動範囲３７を示
す。下方の限界は上腕３５を前方へ限界まで倒し（第２
軸＝９０度）前腕を振った（第３軸を駆動）場合の軌跡
である。右方の限界は前腕３６を上腕に対して限界まで
延ばし（第３軸＝１０度）上腕を振った（第２軸を駆
動）場合の軌跡である。上方の限界は第５軸３８を下へ
限界まで倒し（１２０度）かつ前腕を第６軸が鉛直にな
るように、水平より３０度に保ち、上腕を振った場合の
軌跡である。左方の限界は前腕を上腕に対して限界まで
縮め（第３軸＝１４５度）上腕を振った場合の軌跡であ
る。図示していないが、左方には手首またはハンドと旋
回軸または搬送車が干渉する事による限界もある。

【００３６】(7) 可動範囲の検討図６に於いて矩形範囲３２で示される手首の位置の必要
な範囲は、図の右側すなわちカセットが設備の奥端に有
る場合では、手首可動範囲３７の内部にあり、上端に於
ける余裕が約５０mm 下端に於ける余裕も約５０mmあ
り、上下がバランスしているのでロボットの第２軸３４
の高さＬ１＝１３００mmは適正である。また、余裕の大
きさ約５０mmも搬送車の位置決め誤差３０mmをカバーし
ており、適正である。図の左側すなわちカセットが設備
の手前端に有る場合では、手首の位置の必要な範囲が手
首可動範囲を越えており、約６０mm不足である。このほ
かにもハンドと搬送車との干渉による制約もあり、この
ままでは設備上のカセットを把持できない場合が生じる
が、このような設備の場合には、(3) 項のロボットと設
備との距離４００mmを６００mm程度までに増す事により
把持できるようにする事が出来るので問題とはならな
い。

【００３７】以上で述べた方法では仮定したロボット寸
法がそのまま適正な寸法となったが、適正でない場合に
はロボット寸法を変更して再度(6) 項と(7) 項の検討を
行い、適正となるまで繰り返す事によりロボット寸法を
決定する。

【００３８】上記で決定した多関節ロボットを搬送車に
乗せて自動搬送を行い、設備のローダ・アンローダのカ
セット位置が、図２に示す設備標準化目標範囲内にある
設備のみを採用して生産ラインを構築し、生産ラインの
全ての設備のカセット位置が該設備の前に位置決めされ
た上記ロボットの可動範囲内にあるようにする。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、搬送ロボットが過大な
寸法となることを防止し、搬送の高速化が図れるととも
に、搬送通路スペ−スの節約ができる。また、生産設備
の標準化ができ、自動化ラインの構成が廉価になる効果
もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す生産ラインの全体構成
図。

【図２】本発明の一実施例を示す設備標準化目標範囲
図。

【図３】本発明の一実施例を示すロボットの形状寸法
図。

【図４】本発明の一実施例を示すロボット手首の位置の
必要な範囲をしめす右側面図。

【図５】本発明の一実施例を示すロボット手首の位置の
最大距離を示す平面図。

【図６】本発明の一実施例を示すロボット手首の可動範
囲図である。

【図７】各加工処理装置のロード・アンロードエリアに
おけるカセットを置く姿勢を分類した記号を表す図であ
る。

【符号の説明】

２１…搬送車２２…ロボット２４…ハンド２５…カセット２６…ローダ・アンローダ２７…設備２９…手首の中心３０…ロボットの旋回軸３４…ロボットの第２軸３５…上腕３６…前腕３８…手首先端の第６軸（ヨーイング軸）３９…横穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者下社貞夫神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者長友宏人東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者山田正東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者寺地誠北海道亀田郡七飯町字中島145番地の１日立北海セミコンダクタ株式会社内 (72)発明者塩田和宏北海道亀田郡七飯町字中島145番地の１日立北海セミコンダクタ株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の加工処理装置から成る加工処理装置
群と、各加工処理装置に対して被加工物をロード・アン
ロードする多関節ロボットと、それらの加工処理装置間
で被加工物を搬送する自動搬送手段とによって生産ライ
ンを構築する方法において、上記多関節ロボットによっ
て被加工物をロード・アンロードする際の各加工処理装
置ごとの各ロード・アンロードエリアが、最大のエリア
であっても上記多関節ロボットの可動範囲内に包接され
るように生産ラインを構成することを特徴とする生産ラ
イン構築方法。
【請求項２】請求項１に記載の生産ライン構築方法にお
いて、上記多関節ロボットの寸法の決定方法は、上記加
工処理装置群の間の通路を、複数の搬送車がすれ違うこ
とを可能とすることを前提として、搬送車の大きさの制
約を定め、該搬送車の重量制限、供給パワーの制限に基
づき、該多関節ロボットによる搬送による生産ラインの
生産効率が、人による搬送による生産ラインの生産効率
より低下することがない条件を満たすアームの長さを有
する様に決定した多関節ロボットを使用する生産ライン
構築方法。