JPWO2013157462A1 - 収納容器、収納容器のシャッター開閉ユニット、及びこれらを用いたウエハストッカー - Google Patents

収納容器、収納容器のシャッター開閉ユニット、及びこれらを用いたウエハストッカー

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Abstract

外部雰囲気の流入を防止し比較的少量の気体によってウエハ収納空間を所望の雰囲気に維持することが可能で、且つウエハ表面への塵埃の付着を防止することが可能なウエハストッカーを提供する。収納容器内部に配置された棚板の間隔と同じ高さ寸法を有する複数の遮蔽板からなるシャッター部を本体部に対して微少な隙間を開けて配置し、収納容器内部に清浄な気体を供給することで外部環境よりも高圧な清浄雰囲気に維持するとともに、ウエハを支持する棚板とは独立して遮蔽板を上下動させることによりシャッター部を開閉する。

Description

本発明は、高度な微粒子除去と化学汚染物質除去が要求される半導体製造工程において、処理中のウエハやテストウエハを一時的に保管するために使用される収納容器、収納容器のシャッター開閉ユニット、及びこれらを用いたウエハストッカーに関する。
半導体ウエハや液晶表示板などの基板である精密電子部品は、フォトレジストの塗布、薄膜蒸着、酸化膜や硝化膜の作成、エッチング、熱処理などの種々の製造工程や検査工程が順次行われ、様々な工程を経て製品化される。処理工程において基板表面への一つの処理工程が終了すると基板はＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ−Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄ）と呼ばれる密閉可能な清浄容器内に収納されて工場内の移送手段によって次の工程へと移送されることになるが、各処理工程の処理完了までの時間の差により待機時間が発生してしまう。この時基板は一時的にストッカーと呼ばれる保管装置に保管され、次の処理が開始されるまで待機することとなる。また、特に半導体製造工程においては、新規の処理工程を設定した際その処理プロセスを最適化するために、テストウエハと呼ばれる試験用ウエハを使用することで実際に運用される処理パラメータを決定する作業が行われる。
従来、これら待機中の半導体ウエハやテストウエハはＦＯＵＰに収納されて、クリーンルーム内の比較的清澄度の高いゾーンに設けられた棚に置かれていたが、近年では、半導体製造工場内でのストッカーの占有面積を出来るだけ小さくするために、ウエハをＦＯＵＰ内に収納するのではなく、保管のための専用の容器に収納して出来る限りウエハ間の間隔を狭くして貯蔵するウエハストッカーが要求されるようになってきた。
特許文献１では、各貯蔵リング上にウエハを載置して、これら貯蔵リングを各ウエハ表面どうしが接触しない程度に間隔を空けて積み重ねることで省スペース化を果たしている。また、積み重ねられた各貯蔵リングの上面と底面はカバーによって覆われていて、各ウエハの収納領域は外部環境からは隔離された環境となっていて、内部を窒素等の不活性ガス雰囲気に維持することも可能となっている。各貯蔵リングへのウエハの搬入搬出は、ストッカー内に設置された専用の搬送手段が行うこととなるが、その際には各貯蔵リングを個別に所定の量だけ持ち上げる駆動機構によって搬送手段のアクセス空間が形成される。
上記構造により単位空間内におけるウエハの収納量は増加したが、新たな問題が発生している。積み重ねられた貯蔵リング内に収納されたウエハを搬出する際、或いはウエハを貯蔵リング内に搬入する際、アクセス対象となる貯蔵リングとその下にある貯蔵リングが、搬送手段のグリッパがアクセス可能な高さだけ開口手段によって持ち上げられる。その後、グリッパのアクセスが終了すると、持ち上げられた貯蔵リングは開口手段によってもとの積み重ね位置に戻されることとなるが、この時、持ち上げられた貯蔵リングと隣接する貯蔵リングが衝突することとなり塵埃が発生してしまい、この塵埃が貯蔵リングに載置されたウエハを汚染してしまうというトラブルが発生している。
さらに、開口手段によって目的の貯蔵リングとその上方に配置された全ての貯蔵リングが持ち上げられることで、各貯蔵リングと上下のカバーによって形成されたウエハの貯蔵空間の容積が一時的に増大し、外部環境から塵埃を含んだ雰囲気を貯蔵空間内部に吸入してしまう。さらに、この先行技術は貯蔵空間内を不活性ガス雰囲気に置換するための手段を有しているが、搬入搬出時の開口面積が大きいため貯蔵空間内に充満していたガスは短時間で外部へと拡散してしまい、開口動作を行うとその都度大量の不活性ガスを供給する必要があるばかりでなく、外部環境から流入してきた大気中に含まれる酸素や水分によって処理途中の半導体ウエハに自然酸化膜が形成されてしまい次の処理が不完全なものとなり、歩留まりの低下を招いている。
特表２００９−５００２５６号公報
したがって本発明は、外部雰囲気の流入を防止し比較的少量の気体によってウエハ収納空間を所望の雰囲気に維持することが可能で、且つウエハ表面への塵埃の付着を防止することが可能なウエハストッカーを提供することを課題としている。
上記課題を解決するために本発明の請求項１に記載の収納容器は、一方の面に開口部を有しており、内部に板状被収納物を支持可能に鉛直方向に一定の間隔で配置された複数の棚板と、前記複数の棚板の間に配置されて上下に隣接する前記棚板の間隔を維持するスペーサ部とを有する本体部と、前記本体部の前記開口部以外の側面及び上下を覆うカバー部材と、前記複数の棚板に対応して前記開口部を覆う複数の遮蔽板を有し、前記遮蔽板を前記棚板とは分離して上下動させることにより前記本体部に支持収納されている被収容物へのアクセスを可能にするシャッター部とを備え、前記本体部は内部に清浄な気体を供給するノズル部を有し、前記シャッター部は前記ノズル部から供給された前記気体を、前記本体部の内圧を維持しつつ適量外部に流出可能に前記本体部に対し微小な隙間を空けて配置されていることを特徴としている。
請求項１に記載の収納容器によれば、収納容器の本体部とシャッターとは互いに非接触状態に配置されているので、摩擦による塵埃を発生することが無い。また、本体部内はノズルから供給される気体によって外部環境に比べ高圧に維持されているので、外部からの塵埃や水蒸気を含んだ大気が浸入することも無い。
本発明の請求項２に記載の収納容器は請求項１に記載の収納容器において、前記棚板は、前記被収納物を保持するロボットフィンガがアクセス可能な間隔をもって配置されていることを特徴としている。
請求項２に記載の収納容器によれば、搬送ロボットでの被収納物の搬入や搬出が可能となる。
本発明の請求項３に記載の収納容器は請求項１もしくは請求項２に記載の収納容器において、前記シャッターの各前記遮蔽板は前記棚板の配置された間隔と同じ高さ寸法を有し、個別に上下移動可能に積み重ねて配置されていることを特徴としている。
請求項３に記載の収納容器によれば、シャッターを一段分上に上げることで搬送ロボットがアクセス可能な開口を設けることが出来る。また、シャッターは上下方向に移動するだけなので、塵埃を含んだ外部雰囲気を巻き込むことも防止される。さらに、シャッターと本体部は隙間を開けて配置されているので、上下動による塵埃の発生することもない。
本発明の請求項４に記載の収納容器は請求項１から請求項３に記載の収納容器において、前記シャッターの前記各遮蔽板は位置規制部材によって規制された面内を上下移動可能であることを特徴としている。
請求項４に記載の収納容器によれば、シャッターは位置規制部材により上下に移動する際の位置ズレを防止することが出来る。
本発明の請求項５に記載の収納容器は請求項１から請求項４に記載の収納容器において、前記本体部は、前記棚板に支持された被収納物の有無を検出する光センサから照射される光が透過可能な検出窓を有することを特徴としている。
請求項５に記載の収納容器によれば、シャッターを開けることなく容器内部の被収納物を光センサによって検出することが出来る。
本発明の請求項６に記載の収納容器は請求項１から請求項５に記載の収納容器において、前記ノズルから前記本体部内に供給される前記気体は、前記各遮蔽板の開放時と閉鎖時とで流量を切り替えることができることを特徴としている。
請求項６に記載の収納容器によれば、シャッターが開けられた際の本体部内の清浄雰囲気を維持することが可能となる。
本発明の請求項７に記載の収納容器は請求項１から請求項６に記載の収納容器において、前記シャッターと前記本体部との隙間は、ラビリンス構造を形成していることを特徴としている。
請求項７に記載の収納容器によれば、ラビリンス形状の流路を通って気体が流出するので、収納容器内の陽圧の維持が容易になる。
本発明の請求項８に記載の収納容器は請求項１から請求項７に記載の収納容器において、前記本体部は、上面と下面に位置決め部材を有し、鉛直方向に積み重ねて配置可能であることを特徴としている。
請求項８に記載の収納容器によれば、収納容器を位置ズレを防止しながら容易に積み重ねることが可能になる。
本発明の請求項９に記載のシャッター開閉ユニットは、請求項１から請求項８に記載の収納容器が有する前記シャッターを開閉するシャッター開閉ユニットであって、前記シャッター開閉ユニットは、前記遮蔽板に設けられた切り欠き部に係合可能なフックと、シャッター支持機構と、前記シャッター支持機構を前記収納容器の積み重ねられた方向に対し平行に昇降移動させる昇降駆動部とを有することを特徴としている。
請求項９に記載のシャッター開閉ユニットによれば、１つのシャッター開閉ユニットにより鉛直方向に積み重ねて配置された収納容器の各遮蔽板の開閉が可能となる。
請求項１０に記載のシャッター開閉ユニットは、前記光センサは投光部と受光部との一対からなり、前記シャッターシャッター支持機構に取り付けられていることを特徴としている。
請求項１０に記載のシャッター開閉ユニットによれば、シャッターの開閉と光センサによる収納容器内部の被収納物の検出という２つの作業が１つの昇降駆動部の昇降動作によって可能となる。
本発明の請求項１１に記載のウエハストッカーは、クリーンブースと、前記クリーンブースの外面に接合されたＦＯＵＰオープナと、前記クリーンブース内に上下方向に１つまたは２つ以上積み重ねて配置された前記収納容器と、前記シャッター開閉ユニットと、前記ＦＯＵＰと前記収納容器との間でウエハを搬送するウエハ搬送部と、ストッカー制御部とを備えることを特徴としている。
請求項１１に記載のウエハストッカーによれば、シャッター開閉による摩擦から塵埃を発生することが無いウエハストッカーを提供することができる。
本発明の請求項１２に記載のウエハストッカーは請求項１１に記載のウエハストッカーにおいて、前記ストッカー制御部は、前記シャッター開閉ユニットの前記シャッターを開閉する動作に応じて前記収納容器内部に供給する気体の流量を調節する機能を有することを特徴としている。
請求項１２に記載ノウエハストッカーによれば、シャッター開閉動作による収納容器の内部雰囲気の変化を抑制することが可能となる。
本発明の請求項１３に記載のウエハストッカーは、請求項１１もしくは請求項１２に記載のウエハストッカーにおいて、前記収納容器を上下方向に積み重ねて構成される収納棚と、前記収納棚を等間隔に複数配置する貯蔵ユニットと、前記貯蔵ユニットを回転動作させる回転駆動部と、前記貯蔵ユニットに隣接する位置に配置されるシャッター開閉ユニットと、前記ＦＯＵＰと前記収納容器との間で前記ウエハを搬送する前記ウエハ搬送部とを備えることを特徴としている。
請求項１３に記載のウエハストッカーによれば、被収納物の収納枚数を増加させることが出来る。
本発明の請求項１４に記載のウエハストッカーは、請求項１１から請求項１３に記載のウエハストッカーにおいて、前記貯蔵ユニットは、前記収納棚を等間隔に複数載置する円形状の載置テーブルを備えることを特徴としている。
請求項１４に記載のウエハストッカーによれば、単位面積あたりのストッカー内に収納できる被収納物の収納枚数を飛躍的に増加させることが出来る。
本発明によれば、外部雰囲気の流入を防止し比較的少量の気体によってウエハ収納空間を所望の雰囲気に維持することが可能で、且つウエハ表面への塵埃の付着を防止することが可能となる。
本発明の基板収納容器を構成する各部材を示した斜視図である。 本発明の基板収納容器におけるシャッターと周辺の部材を示した斜視図である。 本発明の基板収納容器におけるウエハ移送動作を示した図である。 本発明の基板収納容器内部に供給された清浄気体の流れを示した図である。 本発明の基板収納容器が備える位置決め部材を示した図である。 本発明のシャッター開閉ユニットの一実施形態を示した図である。 本発明の一実施形態であるウエハストッカーを示した上面図である。 本発明の一実施形態であるウエハストッカーを示した断面図である。 本発明の別の実施形態であるウエハストッカーを示した上面図である。 本発明の別の実施形態であるウエハストッカーを示した断面図である。 本発明の別の実施形態である貯蔵ユニットを備えるウエハストッカーを示した上面図である。 本発明の別の実施形態である貯蔵ユニットと水平多関節型ロボットを備えるウエハストッカーを示した上面図である。 本発明の別の実施形態である貯蔵ユニットと水平多関節型ロボットを備えるウエハストッカーを示した断面図である。 本発明の別の実施形態である貯蔵ユニットとＥＦＥＭを備えるウエハストッカーを示した上面図である。 本発明の基板収納容器を使用して行った隙間と供給ガスの流量に関する試験のグラフである。 本発明の基板収納容器を使用して行ったシャッター開閉による内部雰囲気の変動試験のグラフである。
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の基板収納容器１を構成する部材を示す斜視図であり、図２は基板収納容器１と遮蔽板１５を示す斜視図である。基板収納容器１内部には基板２を載置する棚板３がスペーサ４を介して鉛直方向に互いに平行となるように一定の間隔をもって複数積層されて固定されている。
なお以下に記載する本実施の形態の場合、被収納物である基板２は板状の部材である半導体ウエハＷを例示している。またウエハＷを基板収納容器１の内部に収納しまたは取り出す際に、ウエハＷを保持する保持手段が基板収納容器１内にアクセス出来るようにするため、棚板３の上下の間隔は７ｍｍとしている。棚板３はウエハＷが水平に載置されるように、且つ上面視したときに各棚板が同一の位置となるように層状に重ねて配置される棚段を形成している。
また、棚板３は上面視略Ｕ字の形状を有していて、中央部分はロボットフィンガが被収納物を保持した状態で上下動可能なように、内周の一部に設けられたウエハ支持部分５を残して切り欠かれた形状となっている。棚板３のウエハＷと接触するウエハ支持部分５には、ウエハＷを傷付けないように樹脂や天然ゴムによるコーティング処理が施されている。なお、本実施形態においては棚段を形成する棚板３は板状の部材となっているが、本発明はこれに限定されない。例えば、鉛直に配置された板状部材に等間隔に溝を形成しこの溝に被収納物を載置することとしてもよい。さらに、上下方向に積み重ねられた複数のスペーサ４と複数の棚板３を一体成形して部品点数を減少させることも十分に可能である。
被収納物を載置する棚段を形成している棚板３の上方には上プレート６が、下方には下プレート７が所定の間隔をもって棚板３に固定されている。棚板３と上下プレート６、７とから成る組立体周面において、ウエハＷが通過する本体開口部１０以外の面はカバー９によって覆われていて、このカバー９は、ウエハＷの搬入出を行う一面を除く全ての面を気密状態または内部の雰囲気を維持するように覆う上下プレート６、７にネジ留め若しくは接着されている。
また、処理途中の半導体ウエハは表面に形成されたパターンが大気中に含まれる酸素や水蒸気と反応して自然酸化膜が形成されてしまい次の処理が不完全なものとなる可能性がある。この不具合を解消するために基板収納容器１の内部に窒素やアルゴンといった不活性ガスを供給することで基板収納容器１内部の酸素濃度をｐｐｍオーダーにまで低下させたり、大気中の水分を除去するためにクリーンドライエアを供給したりすることで基板収納容器１内部を低酸素若しくは乾燥状態にするといった所謂雰囲気置換処理が必要となる。
そこで本発明の基板収納容器１にはウエハＷの搬入及び搬出を行う本体開口部１０に対向する面には窒素やアルゴンといった不活性ガスやクリーンドライエア等の清浄な気体を基板収納容器１の内部に放出するノズル１１が配置されている。このノズル１１は下プレート７に固定されていて、下プレート７に開けられた貫通孔１２からチューブを介して気体供給手段から供給された気体を基板収納容器１の内部に放出する。詳細については後述する。
複数の棚板３及びスペーサ４を積層した組立体８からなる本体部を覆うカバー９には、開口部分（本体開口部１０）が設けられている。本体開口部１０を挟んで対向するカバー９の両端近傍には、長方形の抜き穴が形成されていて、その抜き穴を覆うように透明な樹脂カバー１３が取り付けられている。この抜き穴と透明な樹脂カバー１３は、後述するシャッター支持機構が備えるウエハ有無センサの光軸１４に沿って光が透過することでウエハＷの有無を検出するための窓としての役割を有している。
なお、透明な樹脂カバー１３の材質については樹脂、特にポリカーボネイトやアクリルが好適であるが、こういった樹脂に代えて、センサの光軸１４が透過する程度の透明度を有するガラスや他の材質を使用しても構わない。また、外圧よりも内圧を高くすることにより、ステンレスやアルミといった光を透過させない不透明な材質からなるカバー９に、内部を所定の雰囲気に維持することを阻害しない程度の幅を有するスリットを設け、このスリットを介して光軸１４に沿ったセンサ光を通すように構成してもよい。
外圧を内圧より高くして内部の雰囲気を維持することにより、スリットから外へ抜ける空気その他のガスの量と供給するガスの量が等しいか、または供給する量が多くなるように制御することにより、このような構成とすることが可能となる。さらに、検出するための窓をいずれか一方の面に１つだけ設け、反射光式センサやカメラを使用した画像認識システムによりウエハＷの有無を検出することも可能である。
次に、図１乃至図３を参照して、基板収納容器１の本体開口部１０を閉鎖する複数の遮蔽板１５とこの複数の遮蔽板１５によって形成されるシャッター部Ｓについて説明する。なお、図３は、本発明の基板収納容器におけるウエハ移送動作を示した図である。各遮蔽板１５は積み重ねて設置された各棚板３の上下の間隔（棚板の高さ＋スペーサの高さ）と同じ寸法の高さを有していて、ウエハＷの載置面に対し垂直な方向に積み重ねた状態で下プレート７に支持されるように配置されている。遮蔽板１５は上面視コの字型で、基板収納容器１の本体開口部１０をその両側面に回り込んで覆うように形成されている（図２参照）。
各遮蔽板１５は、閉じた状態において、隣接する上下２つの棚板３上下の間隔のほぼ中央、若しくはやや下方に位置するように配置されている。各ウエハＷの下面と、対応する遮蔽版１５の下面との間隔は、ロボットのフィンガ２４が通過出来る高さ寸法を有しているので、対応する遮蔽板１５をその高さ寸法だけ持ち上げることで、ロボットのフィンガ２４が内部に収納されたウエハＷを持ち上げることが可能となる。
遮蔽板１５が開口されると、ロボットのフィンガ２４は開口１６の下側に位置する遮蔽板１５の上面とウエハＷの下面との間を通って水平に直進する。図３（ａ）参照。なお、遮蔽板１５の開口については後ほど図６を用いて説明する。挿入されたロボットのフィンガ２４は僅かに上昇することでウエハＷを持ち上げ、棚板３から離間させる。図３（ｂ）参照。次にロボットのフィンガ２４は水平方向への後退動作を行い、ウエハＷを基板収納容器１の外部へと搬出する。この時、ウエハＷは棚板３の上面と持ち上げられた遮蔽板１５の下面との間を通過して搬出される。図３（ｃ）参照。なお、開口１６の高さは、ウエハＷとウエハＷを保持するフィンガ２４の厚み寸法とフィンガ２４を持ち上げる際の上昇距離によって規定されるが、基板収納容器１内部の環境維持の観点から、可能な限り小さい方が好ましい。
また、それぞれの遮蔽板１５の上下動による水平方向の位置ズレを防止するために、本発明の基板収納容器１ではそれぞれの遮蔽板１５の左右両側に貫通孔１７を開け、その貫通孔１７に水平位置を規制する部材（位置規制部材）である位置決めシャフト１８を挿入する構造としている。位置決めシャフト１８は遮蔽板１５の積み重ね方向と同様に、収納容器内部に収納されたウエハＷの表面に対し垂直となるように配置されている。
ここで、遮蔽板１５の開閉は、目的の遮蔽板１５とその遮蔽板１５の上方に位置する遮蔽板１５全てがこの位置決めシャフト１８に沿ってウエハＷの表面に対し垂直な面内を上下方向にスライドさせて行う。位置決めシャフト１８は両端を上下プレート６、７の左右両側に形成された突出部分に固定されている。
なお、本実施形態の基板収納容器１は、遮蔽板１５の位置規制部材として円柱状の位置決めシャフト１８を備えているが、本発明はそれに限定されない。円柱状の位置決め部材に替えて、例えば遮蔽板１５の上面に円錐状の突起を設け下面にこの円錐状の突起に対応する形状を有する窪みを設け、積み重なることで自動的に上下の遮蔽板の位置決め及びスライド動作が出来るようにしてもよい。また、遮蔽板１５の左右両端に窪みを設け、この窪みに嵌合するように位置決めレールを配置して、上下にスライド可能な構造としてもよい。
ところで、基板収納容器１の本体開口部１０周辺を遮蔽板１５がスライド動作することで周囲の部材との摩擦から塵埃が発生してしまい、その塵埃が基板収納容器１の内部に入り込み収納されているウエハＷに付着してしまうというトラブルが考えられる。そこで、本発明の基板収納容器１は本体開口部１０の全周において、複数の遮蔽板１５から構成されるシャッター部Ｓがカバー９及び上下プレート６、７に対して僅かな隙間１９を設けて配置されている。
図４（ａ）は基板収納容器１を上面から見た断面図であり、図４（ｂ）は側面から見た断面図である。本実施形態の基板収納容器１では遮蔽板１５と基板収納容器１の本体開口部１０の周りのカバー９や上下プレート６、７といった各部材との隙間１９の幅は０．５ｍｍとしている。さらに、遮蔽板１５に設けられた貫通孔１７の直径を、位置決めシャフト１８の直径に対してほぼ同一、若しくは位置決めシャフト１８の直径＋０．５ｍｍまでの寸法にしておけば、遮蔽板１５は周囲の部材と接触することなく上下動が可能となる。
遮蔽板１５が閉じられている状態で基板収納容器１の内部にノズル１１から不活性ガスやクリーンドライエアといった清浄な気体を供給した場合、基板収納容器１内に滞留していた大気は、ノズル１１から放出された気体によって上述した本体開口部１０の周囲に設けられた隙間１９から容器外部へと押し出されることとなり、供給気体による雰囲気置換に必要な時間を短縮できる。また、所定の雰囲気への置換終了後も、少量の気体を供給し続けることで、基板収納容器１内は外部環境に比べて陽圧となり、この陽圧の雰囲気が本体開口部１０周囲の隙間１９から外部へ流出するエアシールの役目を果たすことで、外部からの塵埃や水蒸気を含んだ大気の浸入を防止することも出来る。
さらに、このような陽圧とすることにより、遮蔽板１５が上下動した場合に遮蔽板１５と位置決めシャフト１８との間での摩擦により発生した塵埃が容器内部に浸入することも防止することができる。また、隙間１９は基板収納容器１内部から空気が直線的に流出できるような形状を採用することもできるが、気体が流れる方向を変化させ流出する速度を低下させるラビリンス構造することで、遮蔽板１５と周囲の部材との接触を防止しながらも基板収納容器１内部の陽圧を維持することが可能となる。
なお、単に供給源から基板収納容器１内部に清浄気体を供給するだけでは、気体の噴射によって発生した乱流が基板収納容器１内で鎮静化していた塵埃が巻き上げてしまい、その巻き上げられた塵埃がウエハＷ表面に付着するという問題が発生するおそれがある。そこで本発明の基板収納容器１が備えるノズル１１は、気体供給源（図示せず）からチューブを介して導入される気体を基板収納容器１内部に供給するための供給用ノズルは、勢いよく拡散するのを防止するための拡散抑止部材を備えていることが望ましい。
図４（ｃ）に、拡散抑止部材１１ｃを備えるノズル１１の断面形状を模式的に示す。基板収納容器１内部に気体を導入する導入管１１ａにはガスを噴出する複数の噴出口１１ｂが設けられている。拡散抑止部材１１ｃは、容器内へのガスが勢いよく拡散することを防止するために、導入管１１ａを覆っている。拡散抑止部材１１ｃは、例えば多孔性材料のように、導入管１１ａから噴出されるガスを透過し、かつ容器内へガスが導入管１１ａから直接勢いよく拡散されるのを防止できる材料で構成するのが好ましい。なお、導入管１１ａには多数の噴出口１１ｂが設けられているが、噴出口１１ｂは各棚板３に載置されたウエハＷの高さ方向の各隙間に向かって気体を放出するよう設けることが好ましい。
円筒状の拡散抑止部材１１ｃは可能な限り供給する気体の流出量を低減させることなく、気体の噴出力を抑制する部材であることが好ましい。例えば多孔質セラミックや、ステンレスやニッケル等を焼結させた金属焼結体を材料とすることが好ましい。この噴出力抑制部材を介して不活性ガスやクリーンドライエアを供給することにより、乱流の発生を防止して、層流状態で基板収納容器１内部に供給することができ、外部に対し陽圧を維持しながら内部に載置されたウエハＷの間をウエハＷに対し平行な流れを形成し、隙間１９を通って外部へと流出させることができる。
さらに、供給源とノズル１１との間に供給する気体の流量を調節する調節手段を設けて、遮蔽板１５の開閉動作と連動して気体の供給流量を変化させることにより、基板収納容器１内部の低酸素濃度雰囲気を効率的に維持することが可能となる。例えば、遮蔽板１５を開閉する手段が遮蔽板１５を開けるときには遮蔽板１５が閉じられた状態のときに比べて多量の気体を基板収納容器１内に放出する。これにより、開口１６から気体が流出したとしても、基板収納容器１内の気体を高濃度に維持することができる。また、開口時に比較的多量の気体を供給することで、塵埃が開口１６を通過して基板収納容器１の内部に侵入してくることを防止している。
一方、遮蔽板１５が閉まった状態にあるときには、所定の濃度に到達したら気体の供給量を少なくすることにより気体の消費量を抑制することができる。気体の供給量を切り替えるタイミングについては、例えば、基板収納容器１内に酸素濃度計を設置し所定の酸素濃度を下回ったとき、或いは上回ったときに気体の供給量を調節する。または、遮蔽板１５の開動作や閉動作の前後何秒というように、各動作のタイミングや時間の経過により供給量を調節するよう構成しても良い。特に、遮蔽板１５を開閉する駆動手段と気体の供給量を調節する調節手段とを、共通の制御部によって制御するようにすることにより、気体の供給量を効率的に調節することが容易となる。
図２では、本実施形態の基板収納容器１１は棚板３を１０段備えたものを示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。通常、半導体製造工場内において半導体ウエハＷはＦＯＵＰ３８内に収納されて各工程間を移動することになる。一般的なＦＯＵＰ３８は内部に半導体ウエハＷを２５枚収納可能であるので、本発明の基板収納容器１の収納枚数も２５枚若しくはその倍数枚収納できるようにすることが、ウエハＷを管理する上で好ましい。
また、本実施形態の基板収納容器１は上下に複数個積み重ねることができる。基板収納箱１の上下プレート６、７には、複数の基板収納容器１を上下方向に積み重ねたときに、上下の基板収納容器１を正確に位置決めするための位置決め部材２０が備えられている。位置決め部材２０は、上プレートの上面に設けられる位置決めピン及び下プレートの底面に設けられる位置決めブロックにより構成されている。
図５（ａ）は、２つの基板収納容器１を上下に積み重ねたときの、下側の収納容器１の上側プレート６と上側に積み上げられた収納容器１の下側プレート７の位置決め部材２０が係合している状態を例示する図である。図５（ｂ）は上プレート６の上面に配設された位置決めピン２１を例示する斜視図であり、図５（ｃ）は下プレート７の底面に配設された位置決めブロック２３を例示する斜視図である。図５に示す例では、上プレート６の上面には、上面が半球状の形状を有する円柱状の位置決めピン２１が所定の円上の３箇所に立設されている。また、下プレート７の底面には、この位置決めピン２１が立設された位置と対向する位置に、断面Ｖ字状の溝２２を有する位置決めブロック２３が配設されている。
図５に示す位置決めブロック２３は、位置決めピン２１に対応する位置であって、Ｖ字状の溝２２の中心が位置決めピン２１の各中心軸を通る円の中心位置から延びる直線と一致するように配設されている。このような形状の位置決め部材２０を備えることによって、積み重ねられた基板収納容器１は上下同じ位置に正確に配置される。より安定して積み重ねるためには、さらにそれぞれの基板収納容器１を固定用の部材で互いに固定することが望ましい。また、積み上げ高さを抑制するという観点から、位置決めピン２１と位置決めブロック２３の高さは出来るだけ低くすることが好ましく、本実施形態では、位置決めピン２１と位置決めブロック２３が当接した際の位置決め部材２０全体の高さは約１２ｍｍとしている。
次に、遮蔽板１５を開閉するシャッター開閉ユニット２５について図６を参照して説明する。図６はシャッター開閉ユニット２５の全体を例示する一部切り欠き図である。シャッター開閉ユニット２５は、遮蔽板１５の左右両端に形成された切り欠き部に、開閉のためのフック２６を挿入するシャッター支持機構２７と、遮蔽板１５及びシャッター支持機構２７を上下方向に昇降移動させる昇降駆動部２８から構成されている。
フック２６は先端部分が遮蔽板１５の切り欠き部に嵌合可能な形状を有しており、シャッター支持機構２７に立設された円柱状の支持軸２９に軸受を介して回動可能に取り付けられている。フック２６の他端部には突出部３０が形成されていて、この突出部３０はエアシリンダ３１のピストンロッド３２に連結されている。従って、突出部３０は、エアシリンダ３１への圧縮空気の供給によるピストンロッド３２の進退動作に連動してフック２６は支持軸２９を中心に回動することとなる。
なお、シャッター支持機構２７の各部材はカバー２７ａ、２７ｂ内に収納されているので、たとえ回動動作により塵埃が発生しても、外部には飛散しない構造になっている。また、図６の例では、フック２６は支持梁３５の上面から約３０ｍｍ上方に配置されている。さらに、支持機構２７を覆うカバー２７ａ、２７ｂはウエハＷの直径よりも大きい距離となるように離して配置されている。したがって、ロボットのフィンガ２４によりウエハＷを搬入搬出する際は、フィンガ２４は支持梁３５より上方で且つカバー２７ａ、２７ｂの間を通って基板収納容器１の内部にアクセスし、ウエハＷを搬入または搬出することができる。
なお、本実施形態のシャッター開閉ユニット２５では、フック２６を回動動作させる手段としてエアシリンダ３１を備えているが、本発明はこれに限定されない。例えば、エアシリンダ３１に代えてモータ又は電磁石を使用してもよいし、モータやロータリーアクチュエータの回転軸にフック２６を直接固定することでフック２６を回動させることとしてもよい。さらに、フック２６を支持位置と支持開放位置の間で直線的に往復移動させて、遮蔽板１５と係合させる機構としてもよい。
本実施形態のシャッター開閉ユニット２５では、ピストンロッド３２が収縮後退することでフック２６の先端部が遮蔽板１５の切り欠き部と嵌合し、遮蔽版１５を支持する支持位置となり、伸長前進することで支持解除位置となるよう構成されている。なお、エアシリンダ３１への圧縮空気の供給・遮断は電磁弁３３の開閉によって切り替えられる。この電磁弁３３の開閉は支持制御手段８０によって制御される。
また、エアシリンダ３１にはピストンロッド３２の進退位置を検出する検出センサ３４が備えられていて、ピストンロッド３２の進退位置を検知することでフック２６が支持位置若しくは支持解除位置にあるかを検知することが出来るようになっている。この検出センサ３４のオン・オフ信号は支持制御手段８０に送信される。このフック２６と支持軸２９とエアシリンダ３１からなる進退機構は、遮蔽板１５の左右両端に形成された切り欠き部に対し１組、左右対称の位置で支持梁３５に取り付けられている。
さらに、支持梁３５には基板収納容器１内部におけるウエハＷの有無を検出する透過光式光学センサの投光部３６と受光部３７がそれぞれブラケットを介して互いに対向するように取り付けられていて、投光部３６から光軸１４に沿って照射された受光部３７によって検出されるように、透光部３６及び受光部３７の位置や傾きが調整されている。また、投光部３６は、照射した光の光軸１４がカバー９の窓部を透過してウエハＷによって遮光される位置に支持梁３５から突出して設置されていて、受光部３７は投光部３６から照射された光の光軸１４上に位置するように支持梁３５から突出して設置されている。
上記構成により、投光部３６と受光部３７を基板収納容器１の内部に載置されたウエハＷの面に対し垂直な方向に同時に移動させることで、基板収納容器１内の棚板３上にウエハＷが存在すれば投光部３６からの光はウエハＷによって遮られて受光部３７には届かず、棚板３上にウエハＷが存在しない場合には投光部３６からの光はウエハＷによって遮られることなく受光部３７に届く。この情報を基に基板収納容器１内のウエハＷの有無を判別することが出来る。
また、投光部３６と受光部３７を移動させる駆動手段にエンコーダやセンサといった位置情報を検出する手段を備えておけば、垂直方向の移動中の投光と遮光のタイミングを記憶装置に記憶させることで、どの棚板３上にウエハＷが存在し、どの棚板３上にウエハＷが存在しないかを検出（マッピング）することが可能となる。この透過光式センサのオン・オフ信号は支持制御手段８０に送信される。
なお、投光部３６から受光部３７へ照射される光軸１４は棚板３上のウエハＷに対し平行になるように配置してもよいが、投光部３６から受光部３７への光軸１４はウエハＷに対して所定の角度を持つように傾斜して配置することもできる。特に、光軸１４の幅がウエハＷの厚さよりも大きい場合には、ウエハＷが光を十分に遮ることが出来ないので、傾斜して配置することが好ましい。
次に、シャッター支持機構２７のベース部材である支持梁３５とシャッター支持機構２７をウエハＷの面に対し垂直な方向に昇降移動させる昇降駆動部２８について詳しく説明する。支持梁３５は上部にフック２６を回動動作させるシャッター支持機構２７を支持し、内部には上述の投光部３６へと光を発し、受光部３７で受けたその光を検知してオン・オフ信号として支持制御手段８０へと出力するセンサアンプが収納されている。
支持梁３５は水平方向に延在する直方体形状となっていて、片側を昇降駆動部２８の昇降ベース３９に固定されている。本実施形態の支持梁３５は一端を昇降ベース３９に固定された片側支持構造となっているので、支持梁３５自身の重量や持ち上げる遮蔽板１５の重量に起因する撓みを抑制するために、例えば、アルミ材やステンレススチール、炭素繊維といった軽量で剛性の高い素材で形成されるのが好ましい。なお、昇降機構を支持梁の各両端に一つずつ設け、支持梁３５の両端をそれぞれの昇降ベース３９に固定することも可能である。
昇降駆動部２８は一方が開放されたコの字形の断面を有し上下方向に長い形状の箱型フレーム４０と、その箱形フレーム４０の内部に駆動源であるモータ４１にプーリとベルトを介して連結されたボールネジ軸４２と、ボールネジ軸４２に嵌合してネジ軸４２の回転運動によって昇降動作するボールナット４３を備えている。箱形フレーム４０は開放面を支持梁３５が配置された方向に向けて、基板収納容器１内部に収納されたウエハＷの面に対して垂直となるように立設されていて、その内部に箱形フレーム４０の立設方向と平行にボールネジ軸４２が配置されている。
さらに昇降駆動部２８は箱形フレーム４０の内部に、ボールネジ軸４２と平行にボールネジ軸４２の両側に敷設された２本のスライドガイド４４を備えている。この２本のスライドガイド４４の移動子４５とボールナット４３とは昇降ベース３９によって互いに固定されている。この構成によって、昇降駆動部２８はモータ４１の回転駆動力によって昇降ベース３９と昇降ベース３９に固定されたシャッター支持機構２７とをスムーズに昇降動作させることが可能となる。
なお、昇降動作によりボールネジ軸４２やスライドガイド４４から摩擦に起因する塵埃が発生する可能性が高いので、昇降ベース３９の形状は塵埃が箱形フレーム４０から外部に飛散するのを防止するような形状とすることが望ましい。例えば、本実施形態の昇降ベース３９は、箱形フレーム４０の開放部分を覆うように上面視コの字状の形状を有しており、塵埃の飛散を防止している。
また、駆動源であるモータ４１はＡＣ／ＤＣサーボモータやステッピングモータが、高い応答性と位置決め機能を有するので好適である。さらに、モータ４１への電源供給がオフされた時にシャッター支持機構２７と昇降ベース３９が自重によって下降しないように、電源オフ時にモータ４１の回転軸が回転しないようにするブレーキ手段を備えることが望ましい。
また、本実施形態の昇降駆動部２８はモータ４１の回転駆動力をボールネジ軸４２に伝達することで昇降ベース３９を昇降移動させているが、本発明はこれに限定されるものではなく、ボールネジ式に代えて、例えば、箱形フレーム４０内に敷設されたラックに歯合したピニオンギアをモータで回転駆動させることによって昇降移動させることとしてもよいし、上下方向に掛け渡したベルトをモータで回転させることによって昇降移動させることとしてもよい。さらに、リニアモータによる昇降駆動機構を採用することも可能である。ただし、本実施形態も含め上記駆動手段で昇降駆動を行う際には、電源オフ時の自重による下降やベルト切れによる落下等のトラブルを回避する対策を講じる必要がある。
次に、シャッター支持機構２７と昇降駆動部２７の動作について説明する。シャッター支持機構２７と昇降駆動部２８に備えられたモータ４１やエアシリンダ３１、検出センサ３４といった電気部品の動作はストッカー制御部８１によって制御される。まず、積み重ねて配置された基板収納容器１内部のどの棚板３上にウエハＷが有るかを検出するためのマッピング動作を行う。マッピング動作は積み重ねて配置された基板収納容器１の最上方若しくは最下方の一方から他方へ、とシャッター支持機構２７を上昇又は下降させて、投光部３６と受光部３７を結ぶ光軸１４を上下に移動させることにより行われる。
ストッカー制御部８１から送信されたモータ４１の移動指令を受信した昇降駆動部２８は、光軸１４が基板収納容器１の最下方から最上方まで移動するようにモータ４１の回転を制御してシャッター支持機構２７を昇降する。移動中、光軸１４がウエハＷによって遮光された時には、シャッター支持機構２７の支持制御手段８０がセンサ遮光信号をストッカー制御部８１に送信する。センサ遮光信号を受け取った制御部８１は、信号を受け取った時点のシャッター支持機構の位置データをストッカー制御部８１が備える記憶手段に記憶させる。昇降駆動部２８がさらに移動して光軸１４を遮っていたウエハＷを通り越すと光軸はまた受光部に入射することとなる。シャッター支持機構２７の支持制御手段８０はこの入射信号もストッカー制御部８１に送信する。
入射信号を受け取ったストッカー制御部８１は、信号を受け取った時点のシャッター支持機構２７の位置データをストッカー制御部８１が備える記憶手段に記憶させる。ここで、光軸１４を遮光したときの位置データと、入射したときの位置データを照合することで、光軸１４を遮光していた物の厚さが判定さる。この時の厚さデータと予め教示されているウエハＷの厚さデータとを照合し、光軸１４を遮光した物がウエハＷであるかどうかを判断する。ウエハＷであると認識した場合は、予め教示された棚板３の位置データと照合して、どこの棚板３上にウエハＷが存在するかを記憶手段に記憶する。この処理をシャッター支持機構の移動中に繰り返し行うことで、各棚板３上のウエハ有無のデータ（マッピングデータ）が作成され、記憶手段に記憶される。
積み重ねて配置された基板収納容器１を下端から上端まで光軸１４を移動することにより走査していくと、ウエハＷ以外に上プレート６や下プレート７といった構造物も光軸１４を遮光する。これら構造物が光軸１４を遮光したデータとウエハＷが遮光したデータとを選別するために、予め、教示作業によって構造物の厚み寸法や上下方向の位置をストッカー制御部８１が備える記憶手段に記憶させておく。さらに、各棚板３の位置も教示して記憶しておく。光軸１４を遮光している物がウエハＷでは無いと認識した場合はそのデータを破棄し、ウエハＷであると認識した場合にはその位置データと予め教示したデータを照合し、どの棚板３にウエハが載置されているかをデータとして記憶する。
次に、遮蔽板１５の開閉動作について説明する。まずストッカー制御部８１が昇降駆動部２８に目的の遮蔽板１５の開閉位置まで移動するよう移動指令を送信する。昇降駆動部２８は記憶手段に予め教示・記憶された位置データを基にモータ４１を駆動させ、シャッター支持機構２７を移動させる。移動後、ストッカー制御部８１がシャッター支持機構２７の支持制御手段８０にシャッタークランプ指令を送信すると、シャッター支持機構２７の支持制御手段８０は電磁弁３３を動作させてエアシリンダ３１に圧縮空気を供給しフック２６を閉位置まで回動させる。フック２６の回動は検出センサ３４によって検出されるので、その検出信号を受け取った時点で、シャッター支持機構２７の支持制御手段８０はシャッタークランプ完了信号をストッカー制御部８１に送信する。
シャッタークランプ完了信号を受け取ったストッカー制御部８１は、次に昇降駆動部２８に遮蔽板１５の持ち上げ指令を送信する。持ち上げ指令を受け取った昇降駆動部２８は記憶手段に予め教示・記憶されている持ち上げ移動データを基にモータ４１を駆動させ、遮蔽板１５の持ち上げ動作を行う。遮蔽板１５の持ち上げ動作が終了すると、昇降駆動部２８は持ち上げ完了信号をストッカー制御部８１に送信し遮蔽板１５の持ち上げ動作は完了する。なお、昇降駆動部２８がこの持ち上げ動作が完了した位置で、光軸１４が目的のウエハＷによって遮光されるようにフック２６と光軸１４の相対位置を規定しておけば、遮蔽板１５を開く動作が完了した後にウエハＷの在荷を再確認できることになる。こうすることで、ウエハＷの搬送時のトラブルを未然に防止することが可能となる。
ここで、遮蔽板１５が開けられることでロボットフィンガ２４の棚板３へのアクセスが可能となるので所定のウエハＷ搬入・搬出動作を行う。ウエハＷ搬入・搬出が終了すると、今度は遮蔽板１５の下降動作が行なわれる。この遮蔽板１５の下降動作は上述した持ち上げ動作の手順を逆から辿ることで行われる。
ストッカー制御部８１から遮蔽板１５の下降指令が送信されると、受信した昇降駆動部２８はモータ４１に持ち上げ動作を行う前の位置まで戻る動作をさせる。その後、ストッカー制御部８１はシャッター支持機構２７の支持制御手段８０にシャッターアンクランプ指令を送信し、支持制御手段８０？はアンクランプ動作を実行する。アンクランプ動作が終了すると、ストッカー制御部８１はシャッター支持機構２７を次の所定の位置まで移動するよう支持制御手段８０に移動指令を送信するか、若しくは、その位置で待機するよう指令を送信し、遮蔽板１５の開閉動作は終了する。
次に、図７及び図８を参照して、本発明の一実施形態であるウエハストッカー４６について詳しく説明していく。図７は本発明の第１の実施形態であるウエハストッカー４６を上面から示した平面図であって、図８は図７の線Ａ−Ａ’から見た断面図である。本実施形態のストッカー４６は、内部空間を形成するフレーム４７とフレーム４７に取り付けられ内部を外部環境から遮断するカバーによって形成されるクリーンブースと、積み重ねられた状態でフレーム４７に固定された基板収納容器１と、基板収納容器１の遮蔽板１５を開閉するシャッター開閉ユニット２５と、基板収納容器１とＦＯＵＰ３８との間でウエハＷを搬送するウエハ搬送部４８と、フレーム４７に接合されて、密閉容器であるＦＯＵＰ３８を載置して内部を開放するオープナ４９と、水平方向及び回転方向におけるウエハＷの位置決めを行うアライナ５０とから構成されている。
さらに、フレーム４７の上面にはウエハストッカー４６内部の空気の流れを上方から下方の向きに形成するためのＦＦＵ（Ｆａｎ Ｆｉｌｔｅｒ Ｕｎｉｔ）５１が設置されている。ＦＦＵ５１は外部から吸入した空気をフィルターによって塵埃が除去された清浄な状態に濾過してウエハストッカー４６内部に層流として送り込むもので、これによりクリーンブース内部の気圧を外部環境よりも僅かに高く維持する働きをしている。また、クリーンブースの床面にはＦＦＵ５１から送り込まれた層流のクリーンエアが外部環境へと流出されるように開口部が設けられている。
開口部は開口面積を調節できるように構成されているものが好ましく、ＦＦＵ５１とこの適度に開口面積を調節された開口部とによって、外部からの塵埃を含んだ空気の浸入を防止し、且つクリーンブース内部に配置された駆動機構等から発生した塵埃を効率よく外部へと排出させることによってウエハストッカー４６の内部空間を清浄な雰囲気に維持出来るようになっている。
オープナ４９は、ＦＯＵＰ３８を載置する載置台と、ウエハＷの流通のための開口部と、この開口部を開閉するドアとを有している。ＦＯＵＰ３８が載置台上に載置されると、ドアとＦＯＵＰ３８の蓋を一体化した後にドアが下降して、外部から密閉した状態のまま、ＦＯＵＰ３８内部とウエハストッカー４６の内部空間とを連通可能にするためのものである。
アライナ５０は、ウエハＷの中心位置とノッチと呼ばれる位置あわせのために設けられた窪みの位置合わせを行う装置であり、位置合わせと同時に各ウエハＷに付与されウエハＷ表面に刻印された固有のＩＤ番号を読み取る機能を有している。このアライナ５０はウエハストッカーに必須の構成では無いが、ウエハＷをＩＤごとに個別に管理する必要がある場合には必要なものとなる。
ウエハ搬送部４８は、モータの駆動により水平面内で旋回動作する基台５２に、所定のプーリとタイミングベルトによって減速比をもって連結された２組のアーム体５３が配置されている円筒座標型ロボット５４が備えられている。夫々のアーム体５３の先端部分にはウエハＷを吸着保持するフィンガ２４が備えられている（図７では、フィンガ２４は上下の位置が重なっているため、一つしか示されていない）。円筒座標型ロボット５４はモータの駆動力で各アームが水平面内で回動することによりアーム体５３が屈伸動作を行い、この屈伸動作によって先端部分に備えられたフィンガ２４を直線移動させる構造を有している。
また、基台５２の旋回動作とアーム体５３の屈伸動作により、フィンガ２４で保持されたウエハＷを水平面内の所定の位置まで搬送することができる。さらにウエハ搬送部４８は、この円筒座標型ロボット５４を基板収納容器１の積み重ねられた方向に沿って昇降移動させるＺ軸駆動部５５を備えていて、フィンガ２４に対し高さの異なる基板収納容器１にもアクセス出来る。
本実施形態のウエハストッカー４６では、上面視中央部に円筒座標型ロボット５４が配置されており、このロボット５４の旋回可能な基台５２の旋回軸を中心にして、同心円上に基板収納容器１、オープナ４９、アライナ５０等が配置されている。基板収納容器１とオープナ４９とはそれぞれの開口部がロボット５４を挟んで対向する位置に配置されている。
また、基板収納容器１は棚板３が１０段配置されたものを１セットとして、そのセットを１０段積み上げた構成を有している。これによって、ウエハＷを１００枚収容することが可能であり、これは、内部にウエハＷを２５枚収容可能なＦＯＵＰ３８の４個分に相当する。なお、１０段以上の配置も十分可能であるが、積み上げの高さについてはストッカー装置の設置される工場の天井高さ等に制約される。
各基板収納容器１には、内部に備えられたノズル１１に不活性ガスやクリーンドライエア等の気体を供給するための配管が接続されている。この配管は、シャッター開放時とシャッター閉鎖後に所定の低酸素濃度になるまで大流量の上記気体を供給する配管と、所定の低酸素濃度に達した後、基板収納容器１内部を所定の酸素濃度に維持するための小流量の上記気体を供給するための配管の２系統がそれぞれの基板収納容器１に接続されている。大流量の配管と小流量の配管の切換は個別の電磁式切換弁によって切換えられる。配管の切換はウエハストッカー４６が備えるストッカー制御部８１によって行われる。
不活性ガスやクリーンドライエアの供給源はタンクに貯留することとしてもよいし、工場に備えられた供給タンクから供給されることとしてもよい。さらに、供給源から供給される気体は、貯蔵タンクや配管、継手といった部材から発生する塵埃を含んでしまうこともあるので、途中に集塵のためのクリーンフィルタを通して清浄な状態にして供給される。供給源から供給された気体はレギュレータによって供給圧力を調節された後、それぞれの基板収納容器１に対応した流量調整弁によって、大流量と小流量とに調節される。大流量と小流量の各流量調整弁の先は切換弁に接続されていて、ストッカー制御部８１からの電気信号によって所定の流量の気体が所望の基板収納容器１に供給される。
次に本実施形態のウエハストッカー４６の動作について説明する。ＦＯＵＰ３８に収納されたウエハＷは、ＡＧＶ（Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｇｕｉｄｅｄ Ｖｅｈｉｃｌｅ）やＯＨＴ（Ｏｖｅｒｈｅａｄ Ｈｏｉｓｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）若しくは手動でオープナ４９上のＦＯＵＰ載置台へ運ばれる。その後オープナ４９によって蓋を開けられると中に収納されていたウエハＷはロボット５４によってアライナ５０に移送される。アライナ５０によってノッチ位置合わせとＩＤ番号の読み取りが行われると、読み取ったＩＤ番号はストッカー４６が備えるストッカー制御部８１の記憶手段に記憶される。
ここで、ＩＤ番号を記憶したストッカー制御部８１は前述したシャッター開閉ユニット２５のマッピング動作によって得られた各棚板３ごとのウエハ有無データを参照して、所定の基板収納容器１の棚板３上にウエハＷを載置するよう指令を出し、ウエハ搬送部４８が指定された棚板３の位置までウエハＷを搬送させる。ここで、ストッカー制御部８１は収納容器１に連通する配管の切換弁を動作させウエハＷが搬入される予定の収納容器への不活性ガスの供給量を増加させる。
次に、シャッター開閉ユニット２５が遮蔽板１５を開く動作を行う。遮蔽板１５が開けられると不活性ガスは遮蔽板１５の開口１６から流出し続けているので、遮蔽板１５の開動作で発生した塵埃は基板収納容器１内部に浸入することなく、ＦＦＵによる下向きの清浄な層流によってストッカー４６の下方から外部に流出される。遮蔽板１５が開けられたら、ウエハＷを保持したフィンガ２４が基板収納容器１内部の予め教示された位置まで挿入される。その後、フィンが２４は予め教示された移動量だけ下降動作を行い、ウエハＷを棚板３上に載置する。ウエハＷを載置後に、ウエハ搬送部４８はフィンガ２４を待機位置まで後退させ、ウエハＷの載置工程は終了する。
ウエハＷの載置工程が終了した後、ストッカー制御部８１はシャッター開閉ユニット２５を下降させ、遮蔽板１５の閉鎖動作をさせる。この時、ウエハＷを搬入した基板収納容器１の内部は未だ所定の低酸素濃度に達していないので、大流量の不活性ガスを供給し続けることとなるが、規定の濃度に達したところで小流量に切り替えられる。なお、遮蔽板１５の開閉が行われていない基板収納容器１は、内部を所定の低酸素濃度に維持するために小流量の不活性ガスが供給された状態を維持している。
次に、収納されたウエハＷのＦＯＵＰ３８への搬出については前述した動作手順を反対の手順でたどっていくことで可能となる。半導体製造工場全体の工程を管理している上位プログラムから所定のウエハＷの搬出指令を受けたストッカー制御部８１は、記憶手段に記憶されたデータを基に、所定のウエハＷを空のＦＯＵＰ３８内部に搬入することとなる。搬入の際にウエハＷそれぞれのＩＤ番号を取得し管理しているので、搬出の際にはアライナを経由する必要は無く基板収納容器１からＦＯＵＰ３８へ直接搬送される。
例えば２枚のウエハ搬出指令が出された場合には、２本の各アーム体５３がそれぞれ備える２本のフィンガ２４により基板収納容器１からウエハＷを取り出すことができるため、２枚のウエハＷを同時にＦＯＵＰ３８に載置する動作が可能となる。特に、上下のフィンガ２４の間隔をＦＯＵＰ３８のウエハＷを載置する間隔と同じ寸法とすることで、２つのアーム体５３を同時に伸縮動作させることで２枚のウエハＷを同時に搬入することが出来、搬送時間を短縮できることとなる。
次に、本発明の第２の実施形態であるウエハストッカー５６について、図９及び図１０を参照して説明する。図９は本実施形態のウエハストッカー５６を示す平面図であり、図１０は図７のＢ−Ｂ’線（図９にＢ−Ｂ’線を入れて下さい）から見た図９のウエハストッカー５６の断面図である。本実形態のウエハストッカー５６が備える搬送ロボットは、第１の実施形態が備えていたプーリとベルトを所定の減速比によって連結しアーム体、ひいてはフィンガ２４を直線方向に伸縮動作させる構造の円筒座標型ロボット５４に代えて、アーム体５７の各アームの基端を個別のモータで互いに独立して回動させることが可能な水平多関節型ロボット５８を搭載している。この水平多関節ロボット５８は各アームが自由に回動可能となっているので、図９のようにロボット５８の正面のみならず、ロボット５８の斜め前方或いは斜め後方にもアクセス出来る特徴を持っている。
本実施形態のウエハストッカー５６に搭載される水平多関節ロボット５８は、基台５９に一端を回転可能に支持された第１アーム６０と、この第１アームの他端に回転可能に一端を支持された第２アーム６１と、この第２アームの他端に一端をそれぞれ回転可能に支持された２つのフィンガ２４部とから構成されていて、第１アーム６０、第２アーム６１、及び２つのフィンガ２４部は各々個別のモータにより回動可能に連結されている。
この構成により、円筒座標型ロボット５４では目的の位置に向かって直線的な伸縮動作しか出来なかったのに比べ、各アーム及びフィンガ２４部が補間動作を行えることにより斜め前方や斜め後方といった方向に対してもアクセスすることが可能となっている。また、第１の実施形態と同様に本実施形態においても、この水平多関節型ロボット５８を収納容器の積み重ねられた方向に沿って昇降移動させるＺ軸駆動部５５を備えていて、積み重ねて配置された基板収納容器１にもそれぞれのフィンガ２４がアクセス出来るようなっている。
また、本実施形態のウエハストッカー５６では、貯蔵ユニット６３を２台備えている。各貯蔵ユニット６３は、基板収納容器１を上下方向に積み上げて構成された収納棚６２を、それぞれの本体開口部１０が外方を向くように互いに９０度の角度をもって等間隔に４基配設して、これらの４つの収納棚６２を水平面内において回転動作させることが可能である。貯蔵ユニット６３は等間隔に設置された収納棚６２を４個支持する支持部材６４と、この支持部材６４を回転動作させる回転駆動部６５とから構成されている。
本実施形態が備える支持部材６４は、基台６６に軸受を介して回転自在に固定された円形の回転テーブル６７上に収納棚６２を載置する構造となっていて、この回転テーブル６７の中央には各収納棚６２の上部を固定する固定部材を備えた支持柱６８が立設されていて、この回転テーブル６７と支持柱６８と各収納棚６２は、回転駆動部６５の駆動力によって水平面内において一体的に回転動作する。さらに各収納棚６２を結合部材により互いに固定しておけば、各収納棚６２は回転テーブル６７の回転及び停止の動作にも慣性力によって揺動することはない。
上記支持部材６４を回転動作させる回転駆動部６５は、ステッピングモータやサーボモータといった回転位置の制御が可能なモータ６９の駆動力を、モータ６９の回転軸に固定されたプーリと回転テーブル６７の底面に固定されたプーリとの間に掛け渡したべルトを介して伝達する構造になっている。このモータ６９の制御は貯蔵ユニット６３が備える不図示の制御ユニットにより制御されていて、制御ユニットは任意の回転角度に支持部材６４を回転移動させることが可能となる。
また、貯蔵ユニット６３に隣接する位置にはシャッター開閉ユニット２５が配置されていて回転テーブル６７が所定の回転位置で停止した後、基板収納容器１の遮蔽板１５を開閉することが可能となっている。なお、遮蔽板１５に設けられた切り欠きに対してフック２６を挿入出来る位置に貯蔵ユニット６３を停止させるには、高度な位置決め精度が必要となる。そこで、回転テーブル６７が所定の位置に停止しているかどうかを判別するセンサ７０を設けることとしてもよい。
本実施形態のウエハストッカー５６には、ＦＯＵＰ３８を載置して、その蓋を開閉するオープナ４９が４台備えられている。オープナ４９は、ストッカー５６のフレーム７１に接合されている。
載置されたＦＯＵＰ３８の開口部分に対向する位置には水平多関節型ロボット５８を搭載したウエハ搬送部４８が配置されている。ウエハ搬送部４８の左右両脇にはシャッター開閉ユニット２５が配置されていて、このシャッター開閉ユニット２５に対応する位置にそれぞれ貯蔵ユニット６３が配置されている。
また、ウエハストッカー５６内部のオープナ４９とウエハ搬送部４８及びシャッター開閉ユニット２５との間に形成されたアーム移動空間内において、アーム体５７のウエハＷ移送動作に干渉しない位置には、ウエハＷの位置決めを行うアライナ５０が配置されている。さらに、ウエハストッカー５６を形成するフレーム７１とカバーの上部にはＦＦＵ５１が備えられていて、フレーム７１と不図示のカバーとＦＦＵ５１によってウエハストッカー５６内部はクリーンブースを形成されている。
本実施形態のウエハストッカー５６では、１つの収納棚６２には第１の実施形態と同様に１００枚のウエハＷが収納可能となっていて、２基の貯蔵ユニット６３全体でのウエハＷの収納枚数は８００枚となり、第１の実施形態から飛躍的に収納枚数の増加を図ることができる。さらに、収納棚６２のウエハＷ収納枚数は設置される半導体製造工場の設置環境によって規制されるが、収納棚６２の収納枚数を増加させることで装置全体の収納枚数を大幅に増加させることが可能である。
なお、本実施の形態においては水平多関節ロボット５８を備えることとしているが、それ以外にも、図１１にて図示するように円筒座標型ロボット５４を備えたウエハ搬送部４８をオープナ４９が配置された列に対し水平面内において平行に往復移動させる水平移動手段７８を設けＦＯＵＰ３８や収納棚６２に対向する位置まで円筒座標型ロボット５４を移動させ、アーム体５３の直線方向の進退動作によりウエハＷの搬入搬出を行うこととしてもよい。
次に、本発明の第３の実施形態であるウエハストッカー７２について説明する。図１２は本実施形態のウエハストッカー７２を上面から示した図である。本実施形態のウエハストッカー７２にはＥＦＥＭ（Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ Ｍｏｄｕｌｅ）７３が備えられている。ＥＦＥＭ７３は半導体製造工程において、ウエハＷに対し露光やレジスト塗布、エッチングといった各種処理を行う処理装置とＦＯＵＰ３８との間でウエハＷの移送を行う装置であり、少なくともオープナ４９と搬送ロボットとアライナ５０とから構成されている。さらに本実施形態に備えられたＥＦＥＭ７３には、ウエハストッカー７２との間でウエハＷの受渡しを行うための受渡し台７４が、オープナ４９の配置された面と対抗する面に配置されている。
本実施形態のウエハストッカー７２は、フレーム７５とカバーとＦＦＵ５１によって形成された内部空間の上面視略中央付近には前述の水平多関節型ロボット５８を搭載したウエハ搬送部４８が配置されている。さらにウエハ搬送部４８の周囲には先の実施形態にて開示された貯蔵ユニット６３が４つ所定の間隔をもって配置されている。
この４つの貯蔵ユニット６３のそれぞれに対応する位置にはシャッター開閉ユニット２５が配置されている。この４つのシャッター開閉ユニット２５及び貯蔵ユニット６３は水平多関節型ロボット５８が備えるアーム体５７の動作可能空間内に配置されていて、上記構成により、水平多関節型ロボット５８は受渡し台７４と貯蔵ユニット６３の各基板収納容器１の間でウエハＷの移送を行うことが出来る。
上記構成により、本実施形態のウエハストッカー７２では、ウエハＷを１００枚収納可能な収納棚６２が１６基配置できるので、合計１６００枚のウエハＷを収納することが可能となり第２の実施形態のウエハストッカーに対し２倍の枚数のウエハＷを収納することができる。さらに、収納棚６２のウエハＷ収納枚数は設置される半導体製造工場の設置環境によって規制されるが、収納棚６２の収納枚数を増加させることで装置全体の収納枚数を大幅に増加させることが可能である。
本実施形態が備えるＥＦＥＭ７３は、ウエハストッカー７２を形成するフレーム７５とは別のフレーム７６によって形成されていて、このフレーム７６とフレーム７５とは結合手段によって互いに結合されている。また、本実施形態が備えるＥＦＥＭ７３は、フレーム７６の長手方向に沿って４つのオープナ４９を備えていて、ウエハＷは内部に配置されたハンドリングロボット７７によって各オープナ４９に載置されたＦＯＵＰ３８と受渡し台７４との間で移送されることとなる。また本実施形態が備えるＥＦＥＭ７３はフレーム７６の上部にＦＦＵ５１を備えていてＥＦＥＭ７３内部の空間及び移送されるウエハＷを常に清浄な雰囲気に維持することが出来るようになっている。
本実施形態のウエハストッカー７２は隣接して備えるＥＦＥＭ７３のオープナ４９が配置される面の幅寸法と略同一の幅寸法となっている。ウエハストッカー７２の幅寸法をＥＦＥＭ７３の幅寸法に対して同一若しくは小さくすることで、例えば、或る処理装置のうちＥＦＥＭ７３だけを残して、その他のプロセスに関するシステムとウエハストッカー７２とを置き替えるといったことが容易に出来るようになる。特に半導体製造工場の場合には、既存のレイアウトから特定の装置が占有する幅寸法を大きくする作業は非常に多額のコストが掛かってしまうので、既存のＥＦＥＭ７３の幅寸法に装置全体の幅寸法を収めることは重要になる。ＥＦＥＭ７３をウエハＷの処理状況によって収納するＦＯＵＰ３８を切り替えるソーターと呼ばれる装置としての役割を持たせることもできる。
なお、本実施形態のウエハストッカー７２は水平多関節型ロボット５８を備えることとしているが、それ以外にも、図１３に示すように水平多関節型ロボット５８に代えて円筒座標型ロボット５４を備えたウエハ搬送部４８を備えることとしてもよい。すなわち、４つのシャッター開閉ユニット２５によって規定されたアーム稼動領域内に円筒座標型ロボット５４を備えたウエハ搬送部４８を配置し、このウエハ搬送部４８をシャッター開閉ユニット２５が並べられた方向に対して水平面内において平行に往復移動させる水平移動手段７８を設けることとする。上記構成とすることで、水平多関節型ロボット５８を備える実施形態の場合には隣り合ったシャッター開閉ユニット２５の間にウエハ搬送部４８を配置しないので、ウエハストッカー７２の奥行き寸法を抑えることが可能となる。
次に、本発明の基板収納容器１を使って、シャッター部Ｓとカバー９、上プレート６、下プレート７といったシャッター部Ｓの周辺の部材との隙間１９と清浄気体である窒素ガスの供給量とによる置換完了時間に関する試験データについてグラフを参照して説明する。
図１５は隙間１９の幅の違いと供給気体の流量によって、目的の酸素濃度に到達する時間を測定したグラフである。グラフは隙間１９の寸法を０．５ｍｍ、１．０ｍｍの２つの条件とし、この２つの隙間を有する基板収納容器１に窒素の供給量を毎分５リットルと毎分１０リットルの２つの条件供給し、所定の酸素濃度５００ｐｐｍに到達する時間を測定した。なお、隙間１９の寸法うぃ３．０ｍｍとした試験も行ったが、所定の酸素濃度には到達しなかった。
試験の結果から、窒素ガスを毎分１０リットル供給した場合、隙間１９は１．０ｍｍの方が約２０秒早く目的の酸素濃度に到達しているが、窒素ガスを毎分５リットル供給した場合には、隙間１９が０．５ｍｍの方が約３０秒早く目的の酸素濃度に到達している。１０リットルのガスを継続して供給する方が到達時間は短縮できるが、ガスの総消費量を考慮すると、１０リットル供給する場合には５リットル供給する場合よりも半分以下の到達時間でないと効果が小さい。また、比較的少量の５リットルを供給した場合には、到達時間は隙間１９の寸法は０．５ｍｍの方が早く目的の酸素濃度に到達する。このことを考慮すると、隙間１９は０．５ｍｍとし、シャッター部Ｓの開閉動作を行う際には毎分１０リットルの清浄気体を供給し、目的の濃度に到達した後は毎分５リットルの供給量に切り替えることが清浄気体の消費量と到達時間の関係から望ましい。
次に、隙間１９の寸法を０．５ｍｍとしてシャッター部Ｓを開けたときの収納容器１内部における酸素濃度の変化と、シャッター部Ｓを閉じた後の酸素濃度５００ｐｐｍまでの到達時間を測定した。図１６がその試験結果を示すグラフである。Ｘ軸側の値は収納容器１内への窒素ガスの供給を開始したときを０とする時間の経過を秒単位で表示している。試験では、経過時間５７５秒でシャッター部Ｓを開け、経過時間５９０秒で閉じている。開閉時間は１５秒間としているのは、一連のシャッター部Ｓの開閉とウエハＷの移送に必要な時間が約１５秒であることを考慮してのものである。
試験の結果から、シャッター部Ｓを開ける前５００ｐｐｍであった酸素濃度は、シャッター部Ｓを開閉したとしても約３０００ｐｐｍまでしか上昇していない。３０００ｐｐｍの酸素濃度であれば、ウエハＷ表面に形成されたパターンが酸素と反応して酸化膜を形成する虞はないので、たとえシャッター部Ｓを開閉しても収納容器１内部に収納されたウエハＷには悪影響を起こすことは無いと言える。
また、毎分１０リットルの窒素ガスを供給し続けると、シャッター部Ｓを閉じた後約１１０秒後には酸素濃度５００ｐｐｍに到達することが出来た。この結果から、シャッター部Ｓを開いたとしても酸素濃度に大きな影響を及ぼさなかったことで、所定の酸素濃度に復帰する時間も前述の試験に比べ大幅に短縮することが出来ていると言うことができる。
本発明を詳細に説明したが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、各実施形態における細部構造などは、当業者であれば請求の範囲に記載された本発明の範囲から逸脱することなく適宜変更可能である。例えば被収納物をウエハＷに替えて、液晶用ガラス基板や、レチクル、マスクといった板状部材に変更することも適宜設計しうる事項であり、また、各部の材質や形状等も必要な条件に応じて適宜選択可能である。
１ 基板収納容器２ 基板
３ 棚板
４ スペーサ
５ ウエハ支持部分
６ 上プレート
７ 下プレート
８ 組立体
９ カバー
１０ 本体開口部
１１ ノズル
１１ａ 導入管
１１ｂ 噴出口
１１ｃ 拡散抑止部材
１５ 遮蔽板
１８ 位置決めシャフト（位置規制部材）
２０ 位置決め部材
２１ 位置決めピン
２３ 位置決めブロック
２４ フィンガ
２５ シャッター開閉ユニット
２６ フック
２７ シャッター支持機構
２８ 昇降駆動部
４６ 第１実施形態のウエハストッカー
４８ ウエハ搬送部
４９ オープナ
５０ アライナ
５４ 円筒座標型ロボット
５６ 第２実施形態のウエハストッカー
６３ 貯蔵ユニット
７２ 第３実施形態のウエハストッカー
８０ 支持制御手段
８１ ストッカー制御部
Ｓ シャッター部

Claims (14)

  1. 一方の面に開口部を有しており、内部に板状被収納物を支持可能に鉛直方向に一定の間隔で配置された複数の棚板と、前記複数の棚板の間に配置されて上下に隣接する前記棚板の間隔を維持するスペーサ部とを有する本体部と、
    前記本体部の前記開口部以外の側面及び上下を覆うカバー部材と、
    前記複数の棚板に対応して前記開口部を覆う複数の遮蔽板を有し、前記遮蔽板を前記棚板とは分離して上下動させることにより前記本体部に支持収納されている被収容物へのアクセスを可能にするシャッター部とを備え、
    前記本体部は内部に清浄な気体を供給するノズル部を有し、前記シャッター部は前記ノズル部から供給された前記気体を、前記本体部の内圧を維持しつつ適量外部に流出可能に前記本体部に対し微小な隙間を空けて配置されていることを特徴とする収納容器。
  2. 前記棚板は、前記被収納物を保持するロボットフィンガがアクセス可能な間隔をもって配置されていることを特徴とする請求項１に記載の収納容器。
  3. 前記シャッターの各前記遮蔽板は前記棚板の配置された間隔と同じ高さ寸法を有し、個別に上下移動可能に積み重ねて配置されていることを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の収納容器。
  4. 前記シャッターの前記各遮蔽板は位置規制部材によって規制された面内を上下移動可能であることを特徴とする請求項１から請求項３に記載の収納容器。
  5. 前記本体部は、前記棚板に支持された被搬送物の有無を検出する光センサから照射される光が透過可能な検出窓を有することを特徴とする請求項１から請求項４に記載の収納容器。
  6. 前記ノズルから前記本体部内に供給される前記気体は、前記各遮蔽板の開放時と閉鎖時とで流量を切り替えることができることを特徴とする請求項１から請求項５に記載の収納容器。
  7. 前記シャッターと前記本体部との隙間は、ラビリンス構造を形成していることを特徴とする、請求項１から請求項６に記載の収納容器。
  8. 前記本体部は、上面と下面に位置決め部材を有し、鉛直方向に積み重ねて配置可能であることを特徴とする請求項１から請求項７に記載の収納容器。
  9. 請求項１から請求項８に記載の収納容器が有する前記シャッターを開閉するシャッター開閉ユニットであって、前記シャッター開閉ユニットは、前記遮蔽板に設けられた切り欠き部に係合可能なフックと、シャッター支持機構と、前記シャッター支持機構を前記収納容器の積み重ねられた方向に対し平行に昇降移動させる昇降駆動部とを有することを特徴とするシャッター開閉ユニット。
  10. 前記光センサは投光部と受光部との一対からなり、前記シャッターシャッター支持機構に取り付けられていることを特徴とする請求項９に記載のシャッター開閉ユニット。
  11. クリーンブースと、前記クリーンブースの外面に接合されたＦＯＵＰオープナと、前記クリーンブース内に上下方向に１つまたは２つ以上積み重ねて配置された前記収納容器と、前記シャッター開閉ユニットと、前記ＦＯＵＰと前記収納容器との間でウエハを搬送するウエハ搬送部と、ストッカー制御部とを備えることを特徴とするウエハストッカー。
  12. 前記ストッカー制御部は、前記シャッター開閉ユニットの前記シャッターを開閉する動作に応じて前記収納容器内部に供給する気体の流量を調節する機能を有することを特徴とする請求項１１に記載のウエハストッカー。
  13. 前記収納容器を上下方向に積み重ねて構成される収納棚と、前記収納棚を等間隔に複数配置する貯蔵ユニットと、前記貯蔵ユニットを回転動作させる回転駆動部と、前記貯蔵ユニットに隣接する位置に配置されるシャッター開閉ユニットと、前記ＦＯＵＰと前記収納容器との間で前記ウエハを搬送する前記ウエハ搬送部とを備えることを特徴とする請求項１１もしくは請求項１２に記載のウエハストッカー。
  14. 前記貯蔵ユニットは、前記収納棚を等間隔に複数載置する円形状の載置テーブルを備えることを特徴とする請求項１１から請求項１３に記載のウエハストッカー。
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