JP5147149B2 - 統合イントラベイ移送・貯蔵・配送システム - Google Patents
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Description
【関連出願の表示】
この出願は、1998年12月18日に出願された、統合ポッド移送システムと題する米国暫定出願60/112,947号に基づく優先権を主張するものであり、この先の出願の全内容を本明細書の一部として本願に援用する。
【0002】
この出願は、1998年6月24日に出願された米国特許出願09/103,479号、および1998年12月14日に出願された米国特許出願09/212,002号を援用するものであり、これら先の出願の全内容を本明細書の一部として本願に組込む。
【0003】
【発明の背景】
<発明の分野>
本発明は、一般には物品を輸送するためのシステムに関し、更に特定すれば、物品をコンベア経路に沿って移動させるコンベアと該物品を貯蔵棚に貯蔵する貯蔵棚との間で物品を移送し、かつ該物品をワークステーションへ配送するための統合イントラベイ移送・貯蔵・配送システムに関する。
【0004】
<関連技術の説明>
種々の分野において、デリケートな物品または有価物品を、損傷または破壊を伴わずに、ワークステーション等の間で安全に移送しなければならない。注意深い取扱いを必要とする物品には、医薬、医療システム、フラットパネルディスプレー、ディスクドライブシステムおよびモデム等のようなコンピュータハードウエア、並びに半導体ウエハーが含まれるが、これらに限定されない。これらの物品は、ワークステーション等のステーションからステーションへとコンベアによって移送されることが多い。多くの状況において、これらの物品は、処理のために一時的にコンベアから取出されなければならない。好ましくは、物品がコンベアから取出される間もコンベアの動作は中断されない。処理が完了した後、次のワークステーションへの移送のために、物品は注意深くコンベアに戻されなければならない。
【0005】
例えば半導体処理の分野において、製造施設は、典型的には各ベイに幾つかの処理機械を含んだ複数のベイに組織される。図1は、幾つかの処理機械16を有する公知のベイ8の例を示しており、この処理機械には、ウエハーに膜を堆積するための装置および種々の段階でウエハーを洗浄および/またはコンディショニングするための機械等が含まれるが、これらに限定されない。当該技術で知られているように、処理機械の入口には屡々ロードポート22が設けられており、ここで、半導体ウエハーは保護された環境において、移送ポッド12または他のコンテナから自動的に取出される。公知のロードアセンブリ10は、ロードポート22にポッド12をロードする。ポッド12がロードポート22に適切に配置されると、ポッド12は自動的に開き、ロボット装置によってウエハーがポッド12から取出される。コンベア14は、ポッド12を処理機械16から処理機械16へと移動させる。インターベイコンベアポッド12はベイの間にあり、またストッカー24は、インターベイコンベアとコンベア14との間でポッド12を移送する。
【0006】
多くの適用について、物品の価値は、物品が夫々のワークステーションで処理された後に増大する。例えば、集積回路は、半導体ウエハーのような基板上に複数の層を形成することによって製造される。集積回路を形成するために使用されるワークステーションは、個々の層を堆積するための機械、並びに種々の段階で基板を洗浄および/またはコンディショニングするための機械を含んでいる。技術の進歩と共に、集積回路は益々複雑になってきており、典型的には複数の複雑な配線層を含んでいる。集積回路のサイズは小さくなっており、単一のウエハー上にあるこのような装置の数は著しく増大している。集積回路の複雑さが増大し、かつサイズが小さくなった結果として、半導体ウエハーの価値は、ウエハーが種々の処理段階を通って進行すると共に大幅に増大する。半導体ウエハーの標準サイズは次の数年のうちに200 mmから300 mmへと増大し、単一のウエハーに形成され得る集積回路の数、従って各ウエハーの価値は更に増大するであろう。半導体ウエハーのような物品については、該物品の損傷および著しい時間ロスをこうむる危険を低減するように、該物品を取扱うときには著しい注意を払わなければならない。この物品を取扱う時の作業員の安全性に対する脅威および材料破損の危険は、半導体ウエハーのサイズが増大するに伴って増大することは容易に明かである。
【0007】
半導体ウエハーのような幾つかの物品は、ウエハーに堆積される層の純度を維持するために、処理の間はクリーンルーム環境内に保持されなければならない。クリーンルーム環境の要件は、これらの物品の取扱いに対して更なる制約を課す。汚染物質に対する追加の保護のために、半導体ウエハーは、それらが製造設備を通して移動されるときに、処理機械の外部環境への露出を最小限にするために、典型的にはシールされたポッド等の装置内に保持される。該ポッドは、当該物品をコンベアに沿って移送するために使用される。
【0008】
半導体処理機械の入口は、保護された環境においてウエハーをポッドから自動的に取出すためのロードポートを含んでいることが多い。このロードポートの棚は、該ポッドを機械入口のロードポートシールに対して相対的に前後に移動させるために、約2インチの制限された距離だけ移動することができる。ポッドのこの水平移動は最小限であり、該ポッドのロードポートへの移動、またはコンベアとロードポートとの間でのポッドの移送においては如何なる機能も提供しない。
【0009】
上記で述べたように、ツールベイ内には一般に複数の処理機械が配置される。幾つかの処理機械の間でポッドが移動されるときには、ポッド処理の前後、または処理の間でポッドを貯蔵するために、屡々ストッカーシステムが使用される。このストッカーは、ポッドを貯蔵し得る複数の棚を有し、且つポッドをストッカーの中へ移動し、該ストッカーの中で移動し、および該ストッカーから外へ移動させるための移送システムをもった、典型的には大きなユニットである。従って、一般に、ストッカーはベイ空間のかなりの部分を占有しており、それがなければ追加の処理機械のための空間を提供できるであろう。このようなストッカーシステムもまた、図1に示すように、インターベイコンベアからイントラベイコンベアへポッドを移送するために使用される。物品がストッカー内で費す時間、並びに該物品をストッカーに対して出し入れするために要する時間は、当該物品処理のロス時間に相当することが理解されるであろう。
【0010】
William J. Fosnightに付与された米国特許第5,980,183号は、統合イントラベイバッファ配送およびストッカーシステムを開示している。これは、ウエハーを運ぶパッドを、半導体ウエハーのベイ内における種々の処理ツールの間で移送し、ストックする。Fosnight特許によって開示されたシステムは、シャトルに依存して、インターベイ輸送、種々の処理ツールおよび貯蔵棚の間でポッドを移送する。Fosnightによって開示されたシステムの処理スループットは、シャトルがインターベイ輸送との間でポッドを移送する部分に形成されるボトルネックによって制限される可能性がある。
【0011】
コンベアシステムとワークステーションの間で、ストッカーなしに、輸送ポッドまたは他の物品を安全且つ正確に移動させるための単純化されたシステムが望まれている。また、輸送システムの連続した動作を著しく破壊せずに、物品を移動およびバッファするために使用できる物品移送システムが望まれている。
【0012】
【発明の概要】
本発明の統合イントラベイ移送・貯蔵および配送システムは、上記で明かにされた制限を克服し、コンベアシステムと一以上のワークステーション(例えばワークステーションのロードポート)の間で物品を移動させることができる統合システムを提供する。特に、本発明の統合システムは、物品がコンベアシステムとワークステーションの間で移動されるときに、該コンベアシステムによって輸送される他の物品に影響することなく、物品の一時的貯蔵のために、該物品を一以上の貯蔵またはバッファステーションへ移動させることができる。ワークステーションに近接して位置する貯蔵またはバッファステーションは、集中化されたストッカに対して物品を出し入れするために費される時間が少ないので、インターベイ移送に隣接して配置された従来の集中化されたストッカーよりも効率的である。
【0013】
本発明の統合システムは、コンベアシステムとバッファステーションとの間で物品を移送する移送アセンブリを含んでいる。このバッファステーションには、バッファステーションとワークステーションとの間で物品を移動する配送ロボットが物品をワークステーションに配送するまで、当該物品が貯蔵される。本発明の移送アセンブリは、コンベアシステムとワークステーションとの間で物品を直接移動し、その後に配送ロボットが一以上のワークステーションと一以上のバッファステーションとの間で物品を移送するように構成することもできると思われる。
【0014】
当該移送アセンブリは、コンベアシステムからポッドを持ち上げて、それを貯蔵ステーションへ移動するための、統合昇降機構および変位アセンブリを含んでいる。或いは、当該移送アセンブリは、ポッドをコンベアシステムから持ち上げるための昇降アセンブリ、およびポッドを貯蔵ステーションに移動させるための別の摺動アセンブリを含んでいる。
【0015】
配送ロボットは、垂直移動機構および水平移動機構を含んでいる。屡々、各物品は標準の形状(例えば、マッシュルーム形状のハンドルを頂部に有する半導体輸送ポッド)を有しているから、ロボットは、該物品に係合するために適合されたロボットアームを含んでいる。ロボットアームはハンドルに係合して、貯蔵ステーションとワークステーションとの間で該物品を輸送する。例えば、ロボットアームを使用して、輸送ポッドをワークステーションのロードポートへと移動し、ワークステーションのツールが、集積回路の製造のために輸送ポッド内のウエハーにアクセスすることを可能にしてもよい。一つの実施形態において、該アームは、一方の側から物品のハンドルの中に受動的に嵌合するC字型のアダプタを含む。他の実施形態において、該アームは、ハンドルを上方から把持する能動的グリッパを含む。
【0016】
本発明の一つの目的は、コンベアシステムから一以上のワークステーションへと物品を移送することができる統合システムであって、前記ワークステーションは、前記物品の配送に利用できる時まで該物品を一以上の貯蔵ステーションに貯蔵またはバッファする能力を有する統合システムを提供することである。
【0017】
本発明のもう一つの目的は、コンベアシステム、貯蔵ステーション、およびワークステーションの間で物品を安全に移動させるための統合システムを提供することである。
【0018】
本発明のもう一つの目的は、コンベアシステム、貯蔵ステーション、およびワークステーションの間で物品を効率的移動させるための統合システムを提供することである。
【0019】
本発明のもう一つの目的は、ワークステーションのローディングまたはI/Oゾーンに占有されない何れかの位置において物品をバッファすることができ、これによって従来のストッカーを不要にし、床空間を追加のワークステーションのために自由にすることができる統合システムを提供することである。
【0020】
本発明の更なる目的および特徴は、図面と共に考慮することにより、以下の詳細な説明および特許請求の範囲から容易に明らかになるであろう。
【0021】
【好ましい実施形態の説明】
次に、添付の図面に図示した本発明の実施形態を詳細に参照する。図面を参照するときは、種々の図を通して、同様の部品は同様の参照番号によって指定される。
【0022】
図2〜図5を参照すると、本発明による統合システム10は、半導体ウエハーを収容した輸送器具、輸送ポッド12または他の容器のような一以上の物品を、コンベアシステム14と、ポッド12により輸送されたシリコンウエハーを処理するためのワークステーションまたは処理機械のようなステーション16との間で移送するために、特に適している。コンベアシステム14と、一以上の物品12がコンベアシステムから一時的に取出されて貯蔵される貯蔵またはバッファステーションとの間で物品を移動するために、移送アセンブリ18が設けられている。他の機能のために、他のステーションが物品を受け取ってもよいことを理解すべきである。配送ロボット20は、貯蔵ステーション19とワークステーション16との間で物品12を移送する。以下で詳細に説明するように、貯蔵ステーション19はバッファゾーンに位置し、ロードポート22はI/Oゾーンまたは入力/出力ゾーンに位置しているのが望ましい。本発明の統合システムは、半導体処理に限定されないことが理解されるべきである。この統合システムは、ウエハー輸送の代りに、他のタイプの材料、特に、医薬品、医療システム、フラットパネルディスプレー、ハードディスクドライブおよび他のタイプのコンピュータ装置、およびリソグラフィーレチクルのような取り扱いにかなりの注意を要するデリケートな材料を、コンベアシステムとステーションとの間で輸送するために使用してもよい。「輸送器具」または「輸送ポッド」の用語は、便宜的に説明の全体を通して使用するが、本発明の統合システムは如何なる物品と共に使用してもよいことを理解すべきである。このような物品にはウエハー輸送ポッド、半導体ウエハーもしくは他の品目を保持する容器、パレット、または別の輸送器具を必要とせずに直接コンベアシステムにより輸送され得る物品、および空の容器が含まれるが、これらに限定されない。
【0023】
上記で述べたように、典型的には、製造設備は各ベイが幾つかのワークステーションを含んだ複数のベイに組織される。図2は、ウエハーに膜を堆積するための装置、種々の段階でウエハーを洗浄および/またはコンディショニングするための装置(これらに限定されない)を含む二つのワークステーション16を収容したベイの一部を示している。当該技術において公知のように、ワークステーション16の入口には、保護された環境において、ウエハーをポッド12または他の容器から自動的に取り出すことができるロードポート22が設けられることが多い。以下で更に詳細に説明するように、本発明の移送アセンブリ18は、コンベアシステム14と貯蔵ステーション19との間で、物品または輸送ポッド12を移送する。次いで、配送ロボット20が、貯蔵ステーション19から選択されたワークステーション16のロードポート22へと、ポッド12を移送する。輸送ポッドがロードポート22に適正に配置されたら、ポッド12が自動的に開かれ、ウエハーはロボット装置によって該輸送されたポッドから取出されるが、該ロボット装置は本発明に関係ないので図示していない。ワークステーションが、パッドを配置するための棚、表面または他の支持体を含むときには、本発明の統合システムは、ロードポートを含まないワークステーション16と共に使用してもよいことが理解されるべきである。好ましくは、ポッド12は、予め定められた反復可能な位置のワークステーションにおいてピックアップされ、載置される。
【0024】
コンベアシステム14は、輸送ポッド12をワークステーション16の近傍の位置まで高速で移動する。貯蔵ステーション19を含むバッファ位置もまたワークステーション16の近傍にあり、提供されたポッドを受け取るためにワークステーションが利用可能になる時までポッド12を貯蔵する。図2〜図5にはコンベアシステム14の位置のみが示されているが、一般に、コンベアシステム14は、インターベイ配送システム(図示せず)から該ベイの末端まで走る連像的な経路またはループに配置することができ、また該ベイの両側にサービスを提供することが理解されるであろう。該ベイの夫々の側における二方向性コンベアのような他の構成も使用することができる。コンベアシステム14は、ベイの他のアークに対するショートカットとして使用し得る一以上の横断スパー (cross-spurs) または横断ブランチ (cross-branches) を含んでいてもよい。
【0025】
コンベアシステム14の構成は、特定の製造設備の拘束(天井の高さ、ベイの長さ、ベイの幅、およびワークステーションの数が含まれるが、これに限定されない)に応じて著しく変化し得る。好ましくは、人間がワークステーションに容易にアクセスするのを可能にするために、コンベアシステム14は、床から略7フィートだけ***している。図4に示すように、コンベアシステム14は貯蔵ステーション19の正面に配置されるのが好ましいが、ベイの天井高さによって、ワークステーションの上方にコンベアシステムのための充分な空間が提供されるならば、貯蔵ステーション19の後に配置してもよい。以下で詳細に述べるバッファ、トラベル、およびI/Oゾーンの数は、ベイの天井高さに応じて変化し得ることが理解されるべきである。
【0026】
移送アセンブリ18は、同時係属の米国特許出願09/103,479号(その開示を本明細書の一部として援用する)に示されたタイプのコンベアシステム共に使用するのに特に適している。図2および図6の例について示したように、一般に、コンベアシステム14は、それがコンベア経路に沿って移動するときにポッド12を支持するために、一対のレール32,34を含んでいる。レール32は、ポッド12をレール32,34に沿って推進し、任意に案内する駆動レールとして機能する。移送ポッド12を移動させるための全ての推進力は、駆動レール32を介して供給される。従来の手段を介して電力を駆動レール32に供給すればよい。或いは、パワーバス(図示せず)によって駆動レール32に電力を供給してもよい。レール34は、ポッド12がコンベア経路に沿って移動するときに、その水平な配向を維持するように支持することを主な機能とするアイドラーレールまたは支持レールである。駆動レール32とは異なり、支持レール34は必要に応じて、輸送ポッドがコンベアシステムに沿って移動するときに輸送ポッドを案内するために使用されてもよい。また、コンベアシステム14は、ウエハーまたは他の材料を移動するためのカート様の輸送器具を含んでいてもよい。図6に示した実施形態において、輸送器具はポッド12の一部である。本発明の他の実施形態において、該輸送器具は、もう一つの容器または物品の一部であってもよい。或いは、該輸送器具は、コンベアシステム14に沿って材料を輸送するために使用し得る別の器具であってもよい。
【0027】
駆動レール32は、レール32,34に沿ってポッドを推進するための駆動システムを含んでおり、これは一般に36で示される。図示の本発明の実施形態において、駆動システム36は、駆動レール34の上面から突出した複数のホイール38を含んでいる。駆動ホイール38は、ポッド12の下面と摩擦により係合し、それを駆動レール32に沿って推進する。また、駆動システム36は、モータおよびホイール38に結合したベルトのような、ホイール38を駆動するための手段を含んでいる。好ましくは、このモータを独立に動作させて複数の独立に制御された駆動ゾーンを与え、各ゾーンの駆動速度および方向(前方および後方)を独立に制御する。隣接するゾーンのホイール38が同じ速度で加速および減速される結果、移送の時間において、隣接ゾーンのホイールによりポッド12に加えられる速度は、ゾーン間の移送時間において同期する。ポッドがコンベアシステムに沿って推進されるときには、移送ポッドの直下の動作ゾーンおよび移送ポッドに隣接する一以上のゾーンのみが常に活性である。これは、統合システム10の電力消費を低減し、駆動システム36の部品の動作寿命を延長し、ベイのクリーンルーム環境における特別な事故の発生を減少させる。
【0028】
駆動システム36の動作は制御システムによって制御される。本発明の例示制御システムが図5に示されている。制御システム33は、好ましくはコンピュータを含んでおり、該コンピュータはコンベアシステム、移送システム、ワークステーションのロードポート、およびワークステーションの動作を制御する。制御システムはまた、好ましくは、コンベアシステムに沿ってポッドの進行をモニターするための一以上のセンサ類を含んでいる。このような制御システムは、1998年12月14日に出願された同時係属の米国特許出願09/212,002号に更に完全に記載されており、その全体の開示を本明細書の一部として本願に援用する。また、本発明の制御システム33は、以下で述べるように、配送ロボット20の動作を制御する配送ロボットコントローラを含んでいる。
【0029】
図6に示したように、駆動ホイール38は、ポッド12の下面に形成された溝40または他の適切な表面に係合し、コンベア経路に沿ってポッドを推進し、また任意に案内する。溝40は、ポッドが駆動ホイール38に着座する水平面を決定する。駆動ホイール38および溝40の間の係合は、ポッドの横方向またはサイド・ツー・サイドの移動、並びにポッド12の垂直移動を制御する。溝40および駆動ホイール38の組合せが好ましいが、レール32,34に沿って移動するときにポッド12を案内するための案内器具が輸送器具、駆動レール32またはアイドラーレール34に含まれるときは、溝40を完全に省略してもよいことを理解すべきである。
【0030】
アイドラレール34は駆動レール32と平行し、また、これと離間している。レール32、34には1つまたはそれ以上のコネクタ44が取付けてあるため、レール間に所定の間隔が維持され、コンベアシステム14の設置が容易になる。図2〜図5と以下の説明で詳細に示すように、レール32、34とコネクタ44は、天井からオーバーヘッドフレームまたはスーパーストラクチャで懸吊した適当な取付けフレームに取付けることができる。あるいは、レール32、34およびコネクタ44を、加工工具またはワークステーション(図示せず)によって直接または間接的に支持してもよい。アイドラレール34の上面に沿ってポッド12が乗っている。この際、アイドラレール34は配送装置と関連してポッド12の片側を支持している。
【0031】
ポッド12の滑動をスムーズにするために、レール34の上面に沿ってパッドまたはクッション材料46を設けてもよいが、所望であれば、パッド46を省略し、ポッド12をレール34の上面に直接乗せることもできる。図6に示す好ましい実施形態では、ポッド12の滑動をスムーズにするために、レール34はアイドラホイール37を備えている。あるいは、駆動ホイール(図示せず)の外周にポッド、クッションまたは弾性材料を組入れることもできる。さらにポッド12の配送装置は、アイドラレール34の上面に沿って搭載される、ポッドの衝突、衝撃、振動を最小限に抑制しながらポッドをスムーズで制御された方法で移動できるようにするためのくつ(図示せず)を備えていてもよい。当業者には、ポッドをスムーズで制御された方法で移動させるために、他の適当な手段を採用できることが理解されるであろう。
【0032】
ある実施形態では、統合システム10は、係属中の米国特許明細書第09/103、479号のコンベアシステムに使用されている移送アセンブリ18を備えているが、移送アセンブリ18を別タイプのコンベアと共に使用しても、本発明による統合システムを得られることが理解されるべきである。
【0033】
移送ポッド12は移送アセンブリ18によって、貯蔵のためにコンベア14から貯蔵ステーション19へ自動的に移動されるか、または、配送ロボット20がポッド12をワークステーション16へ、あるいは逆に、バッファリングする。上述したように、移送アセンブリ18は半導体処理の分野での使用に特に適しているが、本発明の範囲内の別の用途に使用することもできる。
【0034】
コンベアシステム14に移送アセンブリ18を使用した、図8〜図11に示すある実施形態では、溝40が駆動レール32をクリア(clear)し、ポッド12の残部がレール32、34をクリアできるように、ポッド12をコンベアシステム14から取外す必要がある。すなわち、ポッド12をレール32、34の上に適当に持上げる必要がある。ポッドがコンベアシステムへ戻る際に、溝40または他の適当な面が駆動ホイール38の上に位置し、ポッド12がレール32、34の上に正確に位置することができるようにするために、ポッド12をコンベアシステム14と正確に整列させなければならない。同様に、ポッドと貯蔵ステーション19の整列も正確に制御される必要がある。
【0035】
従来より公知であるように、一般に積荷ポート(load port)は、スロットを移送ポッドの下面と係合させるための複数のキネマティックピン23を備えている。図8に示すように、貯蔵ステーション19も、スロット(図示せず)をポッド12の下面と係合させるための同様のキネマティックピン23を設けている。ポッド12が貯蔵ステーション19の上へ下降される前に、スロットを貯蔵ステーション19上のキネマティックピン23と整列させておく必要がある。コンベアシステム上の1つまたはそれ以上のセンサ(図示せず)が、移送アセンブリ18によるコンベアと積荷ポート間での、ポッド12の移送の積荷/降荷位置におけるコンベアシステム14上への正確な配置を確認する。移送アセンブリ18については、図8〜図11に関連してさらに詳細に説明する。
【0036】
図8は、格納した状態の移送アセンブリ18を示す。この位置では、移送アセンブリ18はレール32、34の高さよりも下にあるため、ポッド12が貯蔵ステーション19に配置された状態で、1つまたはそれ以上の移送ポッド12を、貯蔵ステーション19の先まで移動することができる。そのため、移送アセンブリ18がコンベアシステム14の動作を妨害することはない。
【0037】
一般に、移送アセンブリ18は支持部112と変位アセンブリ114を備えており、変位アセンブリ114は、支持部112をコンベアシステム14と貯蔵ステーション19の高さに対して上下させ、同様にコンベアシステム14と貯蔵ステーション19間で格納させることにより移動するものである。ポッド12をコンベアシステム14に戻すには、変位アセンブリ114を作動し、支持部112を図8の格納位置から図9の上昇位置へ移動する。次に、変位アセンブリを作動して支持部112を図10、図11の拡張位置へ移動し、支持部112を、貯蔵ステーションのどちらかの側のポッド12の下に配置する。次に、変位アセンブリ114を作動し、支持部112を貯蔵ステーション19に対して上昇させ、これにより支持部112がポッド12の下面と係合し、ポッド12を貯蔵ステーション19の上に上昇させる。続いて、変位アセンブリ114によって支持部112が図9の位置へ戻され、次に、移送アセンブリ18をコンベアシステム14の高さの下にまで格納させ、ポッド12がレール32、34上に配置された状態で、支持部112が図8の位置へ下降される。
【0038】
特に図11にあるように、支持部112は1対の離間した支持部材116を備えている。支持部材116の各々は、ポッド12の外縁を支持するように成形されたL字型フランジ119を具備している。フランジ119から上方へ突出したビード(図示せず)が、ポッド12のベースプレートに設けられた開口部122内に案内されることで、ポッド12が、コンベアシステム14と貯蔵ステーション19間における移送の際のシフティングに強くなる。ビードとL字型フランジ119の代わりとして、またはこれに追加して、別の手段を用いてポッド12を支持部材116に固定してもよい。支持部材116の形状に相当な変更を加えることができ、また支持部材116の形状の1部分はポッド12の底部形状に依存するものであることが理解されるべきである。
【0039】
一般に、変位アセンブリ114は、貯蔵ステーション19とコンベア14間で支持部を拡張および格納するための離間した1対の滑動アセンブリを備えている。特に図11に示すように、ハウジング128、130と支持部材116内に配置された複数のリンクを備えた滑動アセンブリ(図示せず)が設けられている。ハウジング128、130と支持部材116の形状は、図8、図9に示すように格納した際に入れ子式になるようになっている。滑動アセンブリ(図示せず)は、モータによって駆動される、滑動アセンブリを拡張および格納するためのリンク、滑車、ベルトを設けていてもよい。これ以外の適当な構成要素と同様に、共用のモータまたは複数の個別モータを採用してもよいことが理解されるべきである。このような滑動アセンブリについての十分な説明は、 日付けで提出された米国特許明細書第 / 号(アトーニー・ドケット番号第A−65824/DCA/MSS)に記載されており、本願明細書中でも援用している。さらに制御システムを、支持部112が拡張した位置にある際に配送ロボットと変位アセンブリ114間の接触を防ぐように構成できることを特筆すべきである。
【0040】
次に、図12〜図17に示す応用形の実施形態では、改良した移送アセンブリ18は、コンベアシステム14からポッド12またはその他の物品を昇降するための昇降またはエレベータアセンブリ132と、貯蔵ステーション19において物品を支持するための支持アセンブリ138とを備えている。このような移送アセンブリについての十分な説明は、 日付けで提出された米国特許明細書第 / 号(アトーニー・ドケット番号第A−66244/DCA/MSS)に記載されており、本願明細書中でも援用している。この実施形態においてエレベータアセンブリ132は、レール32、34間の、コンベアシステム14の下に配置されているため、物品は、コンベアシステム14に沿って移動する際にエレベータアセンブリ132の直上を通過することができる。しかし移送アセンブリは、コンベアの片側に配置された昇降システムを備えた本発明による別タイプの昇降システムを具備できることが理解されるべきである。さらに、コンベアシステム14から物品を引上げるために物品の頂部と係合するホイストタイプの昇降システムを採用してもよい。
【0041】
特に図13、図14に示すように、昇降またはエレベータアセンブリ132は物品12がコンベアシステム14の上に引上げられた際にこれを支持する昇降支持部材134を少なくとも1つ備えている。例証した実施形態では、エレベータアセンブリ132は離間した2つの昇降支持部材134を設けており、これらは移送ポッドまたは物品12の側縁に沿ってその底縁部と係合するべく配置されており、また、昇降支持部材134間に大きな隙間を形成する。昇降支持部材134は、ポッドが昇降支持部材により運ばれて移動する際に、ポッドが昇降支持部材134から外れることを防止するための、上方にのびたリップ部またはフランジ136を備えている。所望であれば、リップ部136の高さまたは形状を調整して保護を増減することができる。例証した実施形態では2つの昇降支持部材134を使用しているが、本発明の別の実施形態では昇降支持部材の数を増減できることが理解されるべきである。以下に述べるように、昇降支持部材(単数または複数)は、昇降支持部材から支持アセンブリ138へ物品を効率的に移送するために、支持アセンブリ138の形態に改良された貯蔵ステーション19と協働する形状であることが好ましい。
【0042】
昇降支持部材134は、レール32、34の下に配置されたフレーム本体140によって移動される。この実施形態においてフレーム本体140は、レール32、34のフレーム構造に固定された紐(図示せず)を支持するために取付けられている。しかし、これ以外の手段を使用して、フレーム本体をコンベアシステム14に固定してもよい。フレーム本体140をコンベアシステム14に取付ける代わりに、コンベアシステムを設備ドアまたは個別のフレーム構造に固定することもできる。
【0043】
フレーム本体140は、エレベータアセンブリ132の構成要素を収容する着脱可能なカバー(図示せず)を具備している。図13、図14に示すように、昇降支持部材134は、昇降支持部材134をフレーム本体140に対して垂直且つ線形に移動するために、フレーム本体140の側壁と滑動可能に結合している。別の改良例では、両方の昇降支持部材134を共通の滑動レールアセンブリと結合してもよい。さらに、滑動レールアセンブリを、昇降指示部材134を垂直且つ線形に移動する別タイプのシステムで代用することもできる。このような応用形システムの例には、空気シリンダ昇降装置、空気昇降装置、はさみ脚形態を具備した装置が含まれるが、これらに限定されることはない。駆動システム(図示せず)は、線形滑動部の垂直運動を制御する。例えば、ステッパーモータ(図示せず)または別タイプのモータを使用して、線形駆動部の垂直動作を制御してもよい。
【0044】
モータを作動することにより、昇降支持部材134がフレーム本体140とコンベアのレール32、34に対して昇降される。図13は、昇降支持部材134がレール32、34上面の下に配置された、下降位置にある状態を示す。図14に示すように、昇降支持部材134は上方へ移動されると物品12の下面と係合する。昇降支持部材134の上昇をさらに続けると、ポッドを十分にコンベアシステム14の上に上昇するまでコンベアユニットから持上げ、以下に詳細に述べるように、移送が完了するまで昇降支持部材134がポッドの重量を担いながら、ポッドを支持アセンブリ138まで移送することができる。ポッドの移送が終了したら、昇降支持部材134をコンベアシステム14の面よりも下に降下させ、別の物品がエレベータアセンブリを通過できるようにすることが好ましい。しかし所望であれば、ポッドがエレベータアセンブリ132に戻されるまで、昇降支持部材134を上昇位置に保持しておくこともできる。以下の説明のようにポッドを昇降支持部材134上に再配置したら、ポッドをコンベアシステム14に沿ってさらに移送するために、モニタを作動し、滑動部と関連する昇降支持部材134を下降させ、ポッドをレール32、34上に置く。
【0045】
例証した実施形態では、1つまたはそれ以上の半導体ウェーハを積荷したポッドを移動するために移送アセンブリ18を使用している。ポッドの内容物の壊れやすい性質を考慮して、移送前に移送ポッドの適切な位置を決定するためにセンサを使用している。本発明のこの実施形態では、コンベアシステム14の、貯蔵ステーション19の反対側の場所から上流の位置に1つまたはそれ以上のセンサ(図示せず)を設けている。コンベアシステム14に沿って移動する移送ポッドは、この上流位置で停止する。単数または複数のセンサが、この上流位置において移送ポッドの存在を検出し、次に、移送ポッドが、上流位置と貯蔵ステーション19のすぐ前の位置と、昇降支持部材の直上位置の間の正確な距離だけ前進した所で指標付け(indexed)される。さらに、支持部材134の少なくとも1つ、好ましくは両方に、昇降支持部材134が移送ポッドの下面と接触する時を検出するためにセンサ144が設けられている。この方法においてセンサは、昇降支持部材134がポッドをコンベアシステム14の上まで上昇させる前に、ポッドが昇降支持部材上に適切に配置される時を検出する。例証した実施形態では光センサを使用しているが、所望であれば別タイプのセンサを使用しても構わない。昇降支持部材134によって移動されたピン146はポッド12の下面と係合することで、ポッド12が昇降支持部材134上でさらに安定する。他の用途では、物品の昇降支持部材134に対する位置にかけてのこのような正確な制御が不要なものもある。
【0046】
この実施形態では図14に示すように、支持アセンブリ138は貯蔵ステーション(図示せず)を備えている。コンベアシステム14と移送アセンブリ18を半導体処理の分野で使用する例証の用途では、支持部材138をワークステーション16または処理機械に、機械のドアまたはポートから離れた位置、また、ワークステーション16付近のI/Oゾーンの外側、移動ゾーンの外側において取付けることができる。これについては以下で詳細に説明する。しかし、支持アセンブリ138も、処理機械のすぐ前あるいは側部に配置されたフレームに取付け可能であることが理解されるべきである。
【0047】
図15〜図17では、支持アセンブリ138は、物品を支持するためのシェルフ部材または支持部材148を備えている。半導体処理に移送アセンブリ18を使用した例証の実施形態では、シェルフ支持部材148は、ポッドの正確な位置決めを行うために移送ポッド(図示せず)の下面に設けられたキネティックスロットと協働する、複数の上方に突出した保持部150(一般にキネティックピンと呼ばれる)を備えている。
【0048】
シェルフ支持部材148はフレーム本体152と結合しているため、シェルフ支持部材148がフレーム本体152から横方向に支持されるためにシェルフ支持部材148がコンベアシステム14の上に配置される状態で、シェルフ支持部材148が図15の閉鎖位置と、図15、図16のオープンまたは拡張位置との間で滑動することができる。シェルフ支持部材148の合計移動距離は、貯蔵ステーションに対するコンベアの位置によって増減できることが理解されるべきである。
【0049】
シェルフ支持部材148は、フレーム本体152によって移動される可動キャリッジ154と結合しており、閉鎖位置と拡張位置間で可動キャリッジにより移動される。可動キャリッジ154は、フレーム本体152の固定上部シールドプレート156の下に配置されている。シールドプレート156は、支持アセンブリ138の内部構成部品を保護する。可動キャリッジ154の内部構成部品は第2シールドプレート158で覆われるため、可動キャリッジのトラッキング(tracking)がさらに安定(stiff)する。可動キャリッジ154は、可動キャリッジ154に取付けられた離間した1対の入れ子式の滑動部160を備えている。例証の実施形態では、滑動部の拡張および格納を促進するために、各滑動部160が複数のボールベアリング162を備えている(図17)。
【0050】
可動キャリッジ154の動作は、第2シールドプレート158に設けられた駆動システム(図示せず)によって制御される。駆動システムは、可動キャリッジ154に取付けられたモータを備えていることが好ましいが、当業者は、このモータをフレーム本体152またはシェルフ支持部材148のいずれかに取付けられることが理解できるはずである。モータは前進または後退が可能で、このうちの一方は滑動部160を拡張するためのものであり、もう一方は滑動部160を格納するためのものである。ケーブルアセンブリ164は、シェルフ支持部材を閉鎖位置に移動するために、シェルフ支持部材148の拡張と、滑動部160の格納を促進する。例証の実施形態では、各滑動部を制御するために2つのケーブル166a、166bが設けられている。滑動部160をフレーム本体152内に引込むために、ケーブルアセンブリ164の代わりに、またはこれに追加して、別の手段を使用できることが理解されるべきである。
【0051】
モータ146の作動は制御システムによって制御される。制御システムは、シェルフ支持部材が拡張位置にある際に、配送ロボットと支持アセンブリ138間の接触を防ぐように構成できることも記述すべきである。制御手段はエレベータアセンブリ132も制御することが好ましい。さらに支持アセンブリ138は、シェルフ支持部材148の動作を監視し、これが完全な拡張位置へ移動した時を検出するために使用されるリミットスイッチ(図示せず)を備えている。
【0052】
動作において、移送ポッドまたは別の物品はコンベアシステム14に沿って移動され、適切な位置に配置される。コンベアシステム14の駆動システム36の正確な制御により、ポッドまたはその内容物への衝撃を最小限に抑えながら、ポッド12を正確な移送位置に配置することが可能である。しかし、本発明の移送アセンブリは、これ以外の、ポッドを支持アセンブリのすぐ前で停止させるための別手段に依存したコンベアシステムと共に使用できる点を理解すべきである。
【0053】
ポッドが適切な移送位置に配送されると、ポッド12をコンベアシステム14の上に上昇させるために、制御システムがエレベータアセンブリ132を作動する。ポッドが支持部材134上に適切に配置されたことがセンサによって検出されると、ポッド12が上昇位置へ移動されるまで昇降支持部材134が上昇を続ける。例えば、エレベータアセンブリ132は、ポッド12をコンベアシステム14の上面よりも7.62cm(3in)〜12.7cm(5in)上、好ましくは10.16cm(4in)上に上昇させるが、所望であればこの距離を増減することができる。ポッドは、所望の高さに上昇されると、支持部材134によってその場所に保持される。
【0054】
支持アセンブリ138が、ポッド12が上昇位置へ上昇されたことを示す信号を制御システムから受信すると、可動キャリッジ154がフレーム本体152からのびることにより、ポッド12の下面とコンベアシステム14の間でシェルフ支持部材148が移動する。従って、ポッドのコンベア上最小限の上昇が、シェルフ支持部材148の高さによって一部決定される。シェルフ支持部材148が完全にのび切ると、キネティックピン150が移送装置の下面に設けられたキネティックスロット(図示せず)と実質的に整列する。すると、シェルフ支持部材148が完全にのび切った位置にあることを示すフィードバック信号が制御システムへ送信される。
【0055】
ポッド12をシェルフ支持部材148上に配置するために、支持部材134が下降される。例証した実施形態では、支持部材134の下方への移動は、支持部材134がレール32、34の上面よりも下に移動するまで継続するため、エレベータアセンブリがコンベアシステム14に沿って移動する別のポッドの通過を妨害することがない。
【0056】
センサ146は、ポッド12がシェルフ上に配置された後に、支持部材134上にポッド12がないことを検出する。制御システムが駆動システムを作動することにより、可動キャリッジ154が格納され、シェルフ支持部材148が閉鎖位置に移動するため、ポッド12が貯蔵位置またはバッファゾーンに配置される。この時点で、ポッド12は、ワークステーション16が処理目的で利用可能になった時に、配送ロボット20によってワークステーション16へ移動される。
【0057】
ポッドのウェーハの処理が終了し、ポッドがロボット20によって貯蔵ステーション19へ戻されると、ポッド12をコンベアに戻すために工程が逆行する。特に、シェルフ支持部材148をコンベアシステム14の上に拡張した位置へ移動するために駆動システムが作動する。次に、エレベータアセンブリ132が作動し、支持部材134をポッド12直下の所定の位置へ上昇させる。次に、エレベータアセンブリ132が、昇降支持部材134がポッド12の下面と接触するまで、支持部材34を徐々に上昇させる。センサが、ポッドが昇降支持部材134上に正確に配置されたことを検出すると、シェルフ支持部材148からポッドを上昇させるために支持部材134が上昇する。シェルフ支持部材148が格納され、支持部材134が、コンベアの高さのすぐ上の所定位置へと下降される。次に、ポッド12がコンベア上に配置されるまで支持部材134が降下される。センサ144が、ポッドがもう支持部材134と接触していないことを検出すると、エレベータが支持部材134を完全な格納位置へ下降する。
【0058】
再び図2〜図5へ戻ると、貯蔵ステーション19は、配送ロボット20によってコンベアシステム14とワークステーション16間で移動する最中に、ポッド12の貯蔵に使用されるバッファ位置を提供する。既に詳細に説明したように、移送アセンブリ18は、ポッド12をコンベアシステム14から移動し、貯蔵ステーション19の貯蔵またはバッファ位置に、配送ロボット20がポッド12に到達できる形で配置される。図4を参照すると、貯蔵ステーション19は、コンベアシステム14のコンベア路付近のバッファゾーン内に配置されることが好ましい。例えば図4に示すように、貯蔵ステーション19は上部バッファゾーン内に配置されている。さらに、追加の貯蔵ステーション19′を1つまたはそれ以上のバッファゾーン内に配置することもできる。例えば図5は、コンベアシステム14の高さよりも下、また、貯蔵ステーション19の高さよりも下に配置された貯蔵ステーション19′を示している。
【0059】
ワークステーション16の各積荷ポート22は、ワークステーション積荷ゾーン、入力/出力ゾーン、I/Oゾーンとしても知られるワークステーションゾーンを画定している。例えば図5は、コンベア14よりも下、追加の貯蔵ステーション19′の高さよりも下において同じ高さに配置された積荷ポート22を示している。そのため、ワークステーション積荷ゾーンまたはI/Oゾーンは、バファゾーンを画定し、その中に配置される追加貯蔵ステーション19′の高さよりも下に配置されている。I/Oゾーンの位置は、ワークステーションの形態およびその使用によって異なる。例えばI/Oゾーンを、図4の上部I/Oゾーンに示すように、追加貯蔵ステーション19′の高さよりも上に配置できる点を理解すべきである。さらに、積荷ポート22は、実質的に水平な距離で相互に離間しており、この距離内に、追加貯蔵ステーション19”がI/Oゾーンと同じ高さで、しかし積荷ポート22間に配置されている。図5を参照のこと。従って、I/Oゾーンとバッファゾーンは1つの高さ上に存在しているが、各ゾーンが特別な目的専用のものであるため、I/Oゾーンとバッファゾーンが相互に関与することはない。
【0060】
配送ロボット20は2本の動作軸を備えている。第1軸、つまりx軸は、コンベアシステム14に沿ってのび、実質的に水平である。配送ロボットは、x軸に沿った動作のためのスーパーストラクチャ45によって支持されている。1つのベイ内に2つおよびそれ以上のワークステーション16が入る形態にするために、スーパーストラクチャ45の長さはモジュラー式( modular in length)になっている。1つのベイの長さは30.48m(100ft)またはこれ以上であり、この長さに沿っていくつかの配送ロボットを装備できることを記すべきである。しかし、1つの配送ロボットが最少で1つのワークステーション16に対応していてもよい。図2、図20(a)〜(d)に示すように、x軸の動作は、上述の制御システムから命令を受けるx軸アクチュエータ168により制御される。この制御システムはさらに、コンベアシステム14、移送アセンブリ、ワークステーション16を対等にするべく機能する。スーパーストラクチャ45は、天井に取付けられ、配送ロボット20を支持することが好ましい。図20(a)を参照すると、コンピュータ制御システムで制御されたx軸アクチュエータ168と自由ホイール177の間で引張されたベルト175に、ロボットフレーム174が取付けられている。x軸アクチュエータ168がベルト175を移動する際に、ロボットフレーム174がx軸において移動する。フレーム174は、図2、図5に示すようにスーパーストラクチャ45によって支持され、スーパーストラクチャ45のトラック179と結合したベアリング(図示せず)上に乗っている。
【0061】
配送ロボット20と移動するフレーム174のx軸動作を制御するための応用形態を使用してもよい。例えば、図20(b)は、スーパーストラクチャのトラック179bに沿ってフレームと共に移動するように、ロボットフレーム174に取付けられたギアモータ225と複数のローラ227を示す。歯付き滑車228bまたは歯付きギアのような歯付き駆動ホイールが、ギアモータ225の出力シャフトに動作可能に取付けられていることが好ましい。歯付き滑車228は、相対運動が全く生じない状態で出力シャフトに堅固に取付けられていることが好ましい。フレーム174、ロボットアーム、物品グリッパ、ギアモータ225を含む配送ロボットの重量と、物品の重量とが移送され、ローラ227を介してスパーストラクチャによって支持される。フレーム174をx軸方向のみに移動するために、少なくとも2つのローラ227が使用されている。歯付き滑車228bは、固定具でスーパーストラクチャのトラック179に固定された歯付きベルト226bのような歯付きガイドと係合する。この固定具は、クランプ、リベット、ネジ、接着結合または他の適当な手段を含む1つまたはそれ以上の様々な手段であってよい。当業者は、歯付きベルト226bの代わりにピニオンラックまたは他の適切な手段を使用できる点を理解すべきである。ギアモータ225の回転によってロボットフレーム174が移動し、配送ロボットがx軸に沿って1方向に向かって移動する一方で、ギアモータ225の逆回転によって配送ロボットが逆方向に移動する。
【0062】
図20(b)と類似した別の実施形態を図20(c)に示す。上述した歯付きギアとベルトの形態の代わりに、プレロードされたケーブル226cのようなプレロードされた可撓性ガイドが、駆動滑車228cのような駆動ホイール周囲で動作可能に案内され、これと係合し、スーパーストラクチャのトラック179cにプレロード形式で固定される。滑車228cがギアモータ225の出力シャフトに、上述の歯付き滑車228bと同じ方法で取付けられている。駆動滑車228bとの望ましい係合を得るために、アイドラホイール229が、固定ケーブル226を駆動滑車228bに対して拘束する。ケーブル226cと駆動滑車228cの係合は、矢印230で示すように、駆動滑車228bの周囲少なくとも180°でのびていることが好ましい。あるいは歯付き滑車は、ケーブル226cと同様の方法で歯付き滑車周囲に這わせたプレロードされた歯付きベルト226と係合してもよい。
【0063】
x軸動作のさらに別の実施形態を図20(d)に示す。クッション付き駆動ホイール228dのような駆動ホイールが、ギアモータ225の出力シャフトに取付けられている。駆動ホイール228dは、スーパーストラクチャのトラック179d上のベアリング表面230と摩擦的に係合する。さらにトラック179は、ロボットフレーム174がx軸内の動作を拘束する形でローラ227を支持する。ローラ227は、フレーム174および他の構成要素を含む移送ロボットの重量を、上述の方法と類似した方法で、スーパーストラクチャ45cのトラック179dへ伝達する。ギアモータ226を作動すると駆動ホイール228dが選択的に回転し、これによりロボットフレーム174がトラック179cに沿ってx軸方向に移動する。駆動ホイール228dの円周がトラック179dのベアリング表面230と摩擦係合する場合には、実際に駆動ホイール228dにクッションを設ける必要はない。例えば、ゴムまたはプラスチック製ホイールを、ベアリング表面230と摩擦係合するように設けてもよい。
【0064】
図20(b)、20(c)、20(d)のx軸駆動形態は、これらの実施形態が、移動距離が異なる場合でもその構成が容易であるので好ましい。例えば、図20(d)に示す装置の移動距離を増加する上で必要な唯一顕著な改良は、トラック179dの長さを変えることである。図20(b)と図20(d)のx軸駆動は他形態のものよりも単純である。例えば、関連する滑車またはローラ周囲にベルトまたはケーブルを這わせることなく、図20(b)のロボットフレーム174を交換(replaced)することができる。図20(b)のx軸駆動は、ロボットフレーム174の位置を正確に決定および制御する上で、協働する歯によって位置に有効に指標付けすることができるために好ましい。従って、図20(b)に示すx軸駆動は好ましい実施形態である。しかし当業者は、これ以外の、ロボットフレーム174用の適当なx軸駆動を使用できる点を理解すべきである。
【0065】
図5を参照すると、ロボット20によって障害のないポッド12の動作が可能な移動ゾーンが設けられている。x軸に沿ったポッドの比較的高速な移送を可能にするべく高速移動ゾーンを設けてもよい。例えば配送ロボット20は、相当な距離で相互に離間した2つのワークステーション16間、ワークステーション16と貯蔵ステーション19間、または2つの貯蔵ステーション19間に設けられた通路ETZに沿って、ポッド12を高速に移送することができる。また、比較的付近に配置された2つのステーション間の局所的な移送を可能にするために、局所的な移動ゾーンを設けてもよい。例えば配送ロボットは、ポッドを、通路LTZに沿って貯蔵ステーション19”から隣接したワークステーションへ移送する。
【0066】
さらに配送ロボット20は第2軸、つまりz軸に沿って移動する。z軸は、x軸に対して角度付けされている。z軸は、x軸と実質的に直角を成し、実質的に垂直であることが好ましい。x軸とz軸が整列していることで、移動平面内で配送ロボット20が2次元移動できる場合には、x軸、z軸、または両方が水平および垂直軸に対して角度付けされることが理解されるべきである。z軸に沿った動作により、配送ロボット20は下部積荷ポートの高さと上部貯蔵ステーション19上の上部上昇の間でポッド12を移動することができる。バッファゾーン間、移動ゾーン間、I/Oゾーン間でポッドを垂直方向に移送するために、z軸に沿った障害のない垂直方向移動が可能なチムニーゾーンを設けることができる。例えば配送ロボットは、図5中に経路CZで示すチムニーゾーンに沿ってポッド12を移送することができる。ロボット20のx軸移動によって、ワークステーション16間でポッド12を水平且つ安全に移動することができる場合には、z軸の移動ゾーンは実質的に一定の高さにある。図2、図19に示すように、ロボット20のz軸移動は、やはり制御システムから命令を受けるサーボシステム176によって制御することができる。
【0067】
配送ロボット20はアーム170を備えており、アーム170は、z軸に沿って移動し、移送ポッド頂部上のきのこ型ハンドルHと係合する形態の物品グリッパを設けている。グリッパは不動または可動であってよい。図18(b)は、不動グリッパを備えた本発明の1実施形態を示す。配送ロボット20は、x軸に沿った移動をスーパーストラクチャ45で支持されたロボットフレーム174を備えている。フレーム174にはz軸サーボシステムまたはアクチュエータ176が配置されており、サーボモータまたは制御システムによる制御が可能な別タイプのモータを設けている。z軸アクチュエータ176は、ロボットスレッド180と接続したケーブル178を制御する。ロボットスレッド180は、z軸アクチュエータ176の制御下で、ベアリング182上をz軸方向に自由に移動する。ロボットスレッド180から、アーム170が斜めにのびている。ロボットスレッド180からのびるアーム170の角度は垂直であってもよい。図18(a)、図18(b)では、アーム170はC字型の不動グリッパ172である。グリッパ172の形状は、ポッド12のきのこ型ハンドルの下に嵌合し、また、そのハンドルによってポッド12を上昇させるものである。アーム170をハンドルの側部から適所に移動し、アーム170を移送ポッドと係合するべく上昇させることで、グリッパ172がハンドル周囲に嵌合する。この技術に付随する危険は、制御システムが、アーム170をハンドルと係合させるべく不動グリッパ172の側部から移動する際に十分な注意が必要なことである。この技術の利点は、移送ポッドがグリッパと物理係合し、移送ポッドを落としてしまう可能性がないことである。
【0068】
図22〜図26は、不動グリッパ172の代わりにロボットスレッド180を設けることができる、アーム170可動グリッパ184の様々な実施形態を示す。電力の妨害によってポッド12から外れてしまわないように、可動グリッパ184の形状はフェ―ルセーフであることが好ましい。可動グリッパ184は、フェ―ルセーフグリッパ機構を採用しているために機械的により複雑であるが、アーム170の移動は複雑ではない。可動グリッパは、上から移送ポッド12と係合することができ、アーム170の側部移動は必要ない。作業中、配送ロボット20は、可動グリッパ184がまず移送ポッドハンドルの上に位置し、次いでz軸アクチュエータ176によって降下されるように配置される。次に、アクティブグリッパ184がハンドルと係合し、ロボットスレッド180がポッドと共に上昇される。そして、ロボットスレッド180が移送ポッドを所望の場所へ移動する。
【0069】
図22は、モータ186がケーブル188と結合している状態の可動グリッパ184の詳細を示す。ケーブル188は、ガイド192a〜192d周囲を通り、それぞれの角でバネ194a〜194dによって保持されている。モータ186がケーブル188を緩和する際に、バネ194a〜194dがケーブル188を、可動グリッパ184を移送ポッドハンドルH上へと下降することができるオープン位置へと付勢する。モータ186がケーブル188を引張する際に、ケーブル188がガイド192周囲できつく引かれて閉鎖位置になり、移送ポッドハンドルHと係合し、配送ロボット20によってポッド12がある場所から別の場所へ移送される際に、ポッド12を支持する。
【0070】
図23は、ガイドケーブル202、204によって相互接続した複数の滑動ブレード198を備えた改良型の可動グリッパ184を示す。ガイドケーブル202、204は互いに対向しているため、滑動ブレード198が同等且つ対向した動作を有する。ケーブル202は滑車206周囲に巻着し、ケーブル204は滑車208周囲に巻着し、この2つが滑動カム198の動作を一致させる。モータ204の作動により、滑動ブレード198が実質的に同量だけ相互に引寄せ合い、ポッド12のハンドルHと係合する。
【0071】
図24は、ハンドルHと係合するために、ソレノイド212によって可動に制御されたピン210を具備した改良型の可動グリッパ184bを示す。バネ214がピン210を係合位置へと付勢することにより、電力不良が生じた際にハンドルHが外れてしまうことを防止するレールセーフ形態が得られる。
【0072】
図25は、1対の滑動カム被駆動ブレード216を具備した改良型の可動グリッパ184cを示す。モータ218または他の適当なリニアアクチュエータがピンを矢印Aの方向に変位することにより、ブレード216が矢印Bの方向に移動し、ハンドルHと係合および係合解除される。
【0073】
図26は、ウォームネジ224、226を駆動するモータ222を備えた改良型の可動グリッパ184dを示す。ネジ224、226は対向するねじ切りを設けているため、モータ222が1方向に作動することでナット228、230が相互に離間する。モータ222を逆方向に作動することで、ナット228、230が相互に接近する。ナット228、230は、ジョー232がポッド12のハンドルHを掴持および解放する係合および係合解除位置間で旋回する方法で、可動グリッパ184dのハウジング234上に旋回的に取付けられたジョー232と動作可能に接続している。可動グリッパ184dは、ロボットアーム170に対する可動グリッパ184dの制限された動作を(ここから支持されている任意の移送ポッドと共に)許容する浮動シャフト236を介して、ロボットアーム170上に取付けられていることが好ましい。グリッパ184dは、グリッパ184dの相対整列を示すためにセンサ185を、また、ロボットアームおよびその他所望の測定の加速を決定するためにロボットアーム170を備えていることが好ましい。例えばセンサ185は、キネマティックピン23上へのポッド12の正確且つ安定した配置を示すことができる。
【0074】
再び配送ロボット20に注目すると、図5は、統合システム10による移送中の異なる場所にある状態の様々な移送ポッド12を示している。簡素化するために、ポッド12を対応する位置に関連させる。作業中、コンベアポッド位置12aでは、ポッド12はコンベアシステム14上をコンベア路に沿って前進する。バッファポッド位置12bにおいて移送ポッドを貯蔵ステーション19に移送するために、既に詳細に説明した移送アセンブリ18が使用される。次にロボットは、ロボットスレッド180を可動グリッパ184によってきのこ型移送ポッドハンドルHよりも上の位置に上昇させるために、垂直z軸アクチュエータ176と水平x軸アクチュエータ168を採用する旨の指示をコンピュータ制御システムから受ける。スレッド180が若干降下され、可動グリッパ184が移送ポッドハンドルHと係合する。スレッド180がz軸アクチュエータ176によって上昇され、移送ポッド位置12において、z軸アクチュエータ176とx軸アクチュエータ168が移送ポッドと共に動作する。目的は、ポッド12をワークステーション16へ配送し、積荷ポート22に配置することである。特に、制御システムが、ワークステーションポッド位置12dで示すように、ポッド12をワークステーション16の積荷ポート22へ配送するべくロボット20を制御することである。グリッパ184内のセンサ185は、ワークステーション16に対するポッド12の正確な配置を示すことが好ましい。可動グリッパ184が解放され、移送ポッドハンドルHとの係合が解除される。次に、ロボットスレッド180が上昇され、ロボット180が別の移送タスクへと進む。ワークステーションポッド位置12dから移送ポッドを回収するには、上述の段階を逆に実行する。
【0075】
当業者は、上述の方法でポッドを同時移送するべく、スーパーストラクチャの共通トラック上で動作するために、複数の配送ロボットを設けることが可能である点を理解すべきである。1セットのワークステーションによるスループット要求がより低い場合には、コンベア、貯蔵ステーション、ワークステーション間でポッドを移送するためには1つの配送ロボットで十分である。スループット要求がより高い場合には、2つまたはそれ以上の配送ロボットを設け、スーパーストラクチャの共通トラック上で動作するようにする。ロボットを複数設けた場合には、1つのロボットが故障しても追加のロボットがバックアップとして機能するという利点がある。例えば、1つのトラック上に設けられた複数のロボットの1つが故障し、そのロボットが担当するワークステーションのスループットが減少しても、バックアップロボットがそのワークステーションを担当するためそのワークステーションを引続き使用することができる。複数のロボットを使用する場合は、複数のロボットを制御し、ロボット間の事故を防止するように制御システムを構成する必要がある。
【0076】
コンベアシステム14付近に配置された貯蔵ステーション19に加えて、積荷ポート22間またはその付近のI/Oゾーンの高さに、追加の貯蔵ステーション19′の形態で追加のバッファ位置を設けることができる。例えば、ワークステーション16付近の積荷ポート22間に、貯蔵ステーション19”を配置することが可能である。このため図4、図5に示すように、バッファゾーンとI/Oゾーンが床に対して、または1つのベイのコンベアシステムに対して同じ高さに設けられる。このような追加のバッファ貯蔵位置19”にコンベアシステム14が直接接触することはできないが、配送ロボット20による接触は可能である。
【0077】
図27は、配送ロボット20がy軸において異動するべく設計された追加の実施形態を示す。さらに、コンベアシステム14から移送ポッドをピックアップし、移送ポッドを貯蔵ステーション19またはワークステーション16へ配送するために、少なくとも1つのアーム172aがy軸において移動可能である実施形態を示している。このようなアームは、固定部材238と可動部材242によって2つの部品に構成されている。可動部材242は可動グリッパ上に固定されるグリッパ244を備えており、移送ポッドをピックアップし、これを貯蔵ステーションまたはワークステーションに配送するべくy軸において移動可能である。可動部材242はアクチュエータとベルト駆動(図示せず)によって駆動される。ベルト駆動の構造は図20に示したものと類似している。可動部材242は固定部材244内に配置され、サーボモータのようなアクチュエータ(図示せず)によって制御されるレール(図示せず)上のベアリングの上に乗っていることが好ましい。この方法では、図27に示す3軸配送ロボット20aを備えた統合システム10の1実施形態を、上述の移送アセンブリと共に、またはこれを用いずに使用することができる。
【0078】
本発明による統合システムは、上昇したバッファまたは貯蔵ステーション間、ワークステーションの積荷ポート間、追加のバッファまたは貯蔵ステーション間において、移送ポッドのような(しかし、これに限定されることはない)物品を安全に移動する機能を含む多くの利点を提供する。
【0079】
例証的な実施形態と最良モードについて説明してきたが、請求項で定義される本発明の範囲内にある限り、開示した実施形態に改良および応用を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1は、公知のコンベアシステムの例を示す概略図である。
【図2】 図2は、本発明による移送システムの斜視図であり、本発明の一実施形態に従うコンベアシステム、ポッド、ロードポート、貯蔵棚およびロボットを示している。
【図3】 図3は、図2の移送システムの頂面図である。
【図4】 図4は、図2に示したシステムに類似した改良移送システムの側面図である。
【図5】 図5は、図2に示したシステムに類似したもう一つの改良移送システムの正面図である。
【図6】 図6は、本発明の一実施形態による図2に示したコンベアシステムの一区画を示す斜視図である。
【図7】 図7は、本発明に従うコントロールシステムの概略図である。
【図8】 図8は、本発明に従う別の移送アセンブリの側面図であり、輸送ポッドを支持する上昇位置で示されている。。
【図9】 図9は、図8の移送アセンブリの側面図であり、コンベアシステム上に配置された輸送ポッドと共に後退位置で示されている。
【図10】 図10は、図8の移送アセンブリの側面図であり、輸送ポッドを支持する伸びた位置で示されている。
【図11】 図11は、図8の移送アセンブリの斜視図であり、輸送ポッドをロードポートから持ち上げる前の伸びた位置で示されている。
【図12】 図12は、上昇位置にあるエレベータアセンブリおよび伸びた位置にある棚アセンブリをもった、本発明に従う別の移送アセンブリの斜視図である。
【図13】 図13は、昇降装置が下方位置に示された、図12の移送アセンブリにおけるエレベータアセンブリの斜視図である。
【図14】 図14は、昇降装置が上昇位置に示された、図12の移送アセンブリにおけるエレベータアセンブリの斜視図である。
【図15】 図15は、棚アセンブリが閉鎖位置で示された、図12の支持アセンブリの斜視図である。
【図16】 図16は、棚アセンブリが伸びた位置で示された、図12の支持アセンブリの斜視図である。
【図17】 図17は、棚アセンブリが伸びた位置で示された、図12の支持アセンブリの底面斜視図である。
【図18(a)】 図18(a)は、本発明の一実施形態に従う垂直移動機構を有するロボットアームの正面図である。
【図18(b)】 図18(b)は、本発明の一実施形態に従う垂直移動機構を有するロボットアームの側面図である。
【図18(c)】 図18(c)は、本発明の一実施形態に従う垂直移動機構を有するロボットアームの頂面図である。
【図19】 図19は、図18(a)に示したロボットアームにおけるz軸アクチュエータの斜視図である。
【図20(a)】 図20(a)は、本発明に従うロボットアームx軸アクチュエータの種々の実施形態を示す概略図である。
【図20(b)】 図20(b)は、本発明に従うロボットアームx軸アクチュエータの種々の実施形態を示す概略図である。
【図20(c)】 図20(c)は、本発明に従うロボットアームx軸アクチュエータの種々の実施形態を示す概略図である。
【図20(d)】 図20(d)は、本発明に従うロボットアームx軸アクチュエータの種々の実施形態を示す概略図である。
【図21】 図21は、図21(a)の線21に沿ったロボットアームの断面図である。
【図22(a)】 図22(a)は、本発明に従う改良グリッパアセンブリの平面図である。
【図22(b)】 図22(b)は、本発明に従う改良グリッパアセンブリの側面図である。
【図23(a)】 図23(a)は、本発明に従うもう一つの改良グリッパアセンブリの平面図である。
【図23(b)】 図23(b)は、本発明に従うもう一つの改良グリッパアセンブリの側面図である。
【図24】 図24は、本発明に従うもう一つの改良グリッパアセンブリの側面図である。。
【図25(a)】 図25(a)は、本発明に従うもう一つの改良グリッパアセンブリの平面図である。
【図25(b)】 図25(b)は、本発明に従うもう一つの改良グリッパアセンブリの側面図である。
【図26(a)】 図26(a)は、本発明に従う更にもう一つの改良グリッパアセンブリの平面図である。
【図26(b)】 図26(b)は、本発明に従う更にもう一つの改良グリッパアセンブリの側面図である。
【図27】 図27は、本発明に従う改良ロボットアームの側面図である。
Claims (19)
- 半導体ウエハーを収容する容器を移送するための統合システムであって、
垂直方向に沿って移動するように構成された配送ロボットと、
前記配送ロボットに取付けられ且つ水平方向に沿って移動するように構成された移送アームと、を有し、
前記移送アーム及び前記配送ロボットは、半導体ウエハーを収容する容器を貯蔵支持アセンブリとワークステーション支持アセンブリとの間で移送するための移動平面内で、前記容器の2次元移動を行い、前記貯蔵支持アセンブリは、前記容器を前記移動平面の内側のバッファゾーン内で支持し、前記ワークステーション支持アセンブリは、前記容器を前記移動平面の内側のワークステーションゾーン内で支持し、
前記移動平面内の前記容器の障害のない移動を可能にする移動ゾーンが設けられ、
更に、前記移送アームに取付けられ且つ前記容器の頂部のハンドルを前記容器の上方から把持するように構成されたグリッパを有する、統合システム。 - 前記移動ゾーンは、その中における障害のない垂直方向移動を可能にするチムニーゾーンを含む、請求項1に記載の統合システム。
- 前記ワークステーションゾーンは、ロードポートを含み、
前記バッファゾーンは、前記ロードポートよりも上の上部バッファゾーン内に貯蔵ステーションを含む、請求項1に記載の統合システム。 - 前記バッファゾーンは、更に、前記ロードポートと同じ高さのところに貯蔵ステーションを含む、請求項3に記載の統合システム。
- 前記ワークステーションゾーンは、いくつかの貯蔵ステーションよりも上に位置するロードポートを含む、請求項1に記載の統合システム。
- 局所的な前記移動ゾーンにより、互いに近接して位置する2つのステーションの間の局所的な搬送を可能にする、請求項1に記載の統合システム。
- 前記移送アームの移動はそれぞれ、第一のアクチュエータおよび第二のアクチュエータによって制御される、請求項1に記載の統合システム。
- 更に、前記第一のアクチュエータおよび前記第二のアクチュエータを制御するためのコントローラを有し、水平方向及び垂直方向内の前記移送アームの選択的な移動により、容器をバッファゾーンとワークステーションゾーンとの間で移送する、請求項7に記載の統合システム。
- 更に、移送アームフレームと、
前記移送アームフレームに動作可能に連結された移送アームフレームベルトと、
前記移送アームフレームベルトおよび前記移送アームフレームを水平方向に移動させるための移送アームフレームベルトアクチュエータと、を有する請求項1に記載の統合システム。 - 更に、固定部材と、
前記固定部材に移動可能に取付けられた可動部材と、を有し、
前記可動部材は、水平方向及び垂直方向に対して垂直な第三の方向に移動可能である、請求項9に記載の統合システム。 - 前記グリッパは、前記容器のハンドルの下に嵌合するように構成され、且つ、前記容器を前記ハンドルによって上昇させるように構成される、請求項1に記載の統合システム。
- 前記移送アームを前記容器のハンドルの側部から適所に移動させ、その後、前記移送アームが前記ハンドルに係合するように前記移送アームを上昇させることによって、前記グリッパは、前記ハンドルの周囲に嵌合される、請求項11に記載の統合システム。
- 半導体ウエハーを収容する容器を移送するための統合システムであって、
垂直方向に移動するように構成された配送ロボットと、
前記配送ロボットに取付けられ且つ水平方向に移動するように構成された移送アームと、を有し、
前記移送アーム及び前記配送ロボットは、半導体ウエハーを収容する容器を貯蔵支持アセンブリとワークステーション支持アセンブリとの間で移送するための移動平面内で、前記容器の2次元移動を行い、前記貯蔵支持アセンブリは、前記容器を前記移動平面の内側のバッファゾーン内で支持し、前記ワークステーション支持アセンブリは、前記容器を前記移動平面の内側のワークステーションゾーン内で支持し、前記移動平面内の前記容器の障害のない移動を可能にする移動ゾーンが設けられ、
更に、前記移送アームに取付けられ且つ前記容器の頂部のハンドルを前記容器の上方から把持するように構成されたグリッパを有し、
前記ワークステーションゾーンは、ロードポートを含み、各ロードポートは、前記容器の下面のスロットに係合する複数のキネマティックピンを含み、バッファゾーンは、ロードポートよりも上の上側バッファゾーン内に貯蔵ステーションを含む、統合システム。 - 前記移動ゾーンは、その中における障害のない垂直方向移動を可能にするチムニーゾーンを含む、請求項13に記載の統合システム。
- 前記ワークステーションゾーンは、いくつかの貯蔵ステーションよりも上に位置するロードポートを含む、請求項13に記載の統合システム。
- 更に、歯付き駆動ホイールと、
前記歯付き駆動ホイールに動作可能に係合する歯付きガイドと、を有する請求項13に記載の統合システム。 - ケーブルによって前記移送アームに動作可能に結合されたアクチュエータが、移送アームスレッドに取付けられる、請求項13に記載の統合システム。
- 更に、移送フレームアクチュエータによって動作可能に駆動される駆動ホイールと、
前記駆動ホイールに動作可能に係合する可撓性ガイドと、を有する請求項13に記載の統合システム。 - 更に、移送フレームアクチュエータによって動作可能に駆動される駆動ホイールと、
ベアリング表面と、を有し、
前記駆動ホイールは、前記ベアリング表面に動作可能に且つ摩擦的に係合する、請求項13に記載の統合システム。
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