(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端がクリーンルームの天井を貫通し、下端がクリーンルームの通風床を貫通して垂直に立設されるフレームに周方向及び上下方向に多数の保管部を形成し、且つ所定箇所に外部との間で保管物の受け渡しを行う受け渡し部を設けてなる円筒棚と、
該円筒棚の内部に配設され、円筒棚の中心軸線に沿って昇降し且つ同中心軸線回りに旋回する昇降旋回体と、
該昇降旋回体上に、前記円筒棚の径方向に伸縮する伸縮機構を介して装備された保管物把持用のハンドとを備え、
前記円筒棚に沿って昇降コラムが立設され、
該昇降コラムに、昇降駆動機構によって昇降させられる昇降台が支持され、
該昇降台に、旋回駆動機構によって円筒棚の中心軸線回りに旋回させられる旋回台が支持され、
該旋回台が前記昇降旋回体に相当しており、
前記昇降コラムが円筒棚の外部に立設され、前記昇降台が円筒棚の中心軸線位置まで延びるアームを有し、該アームの先端に前記旋回台が配設されていることを特徴とする保管棚装置。
【請求項２】
前記昇降コラムが、前記円筒棚のフレームまたは円筒棚を保持する筐体のフレームに一体化されていることを特徴とする請求項１記載の保管棚装置。
【請求項３】
前記昇降駆動機構としてリニアモータが用いられていることを特徴とする請求項１または２記載の保管棚装置。
【請求項４】
前記昇降コラムの上端に上部プーリを設け、該上部プーリにつるべ式に索条体を巻き掛け、該索条体の両端に前記昇降台とカウンタバランスウエイトを取り付けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の保管棚装置。
【請求項５】
前記昇降コラムの下端に下部プーリを設けて、前記索条体を無端状態にして下部プーリに巻回させ、且つ前記下部プーリに無励磁作動型ブレーキを装備したことを特徴とする請求項４記載の保管棚装置。
【請求項６】
前記索条体を配設した昇降コラムの外周を、昇降台の昇降動作を許すスリットを有したカバーで覆い、前記索条体として前記スリットを覆う幅を有したベルトを用いたことを特徴とする請求項４または５記載の保管棚装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主にクリーンルームに設置される保管棚装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造は、「クリーンルーム」と呼ばれる特殊な部屋で行われる。この部屋は、クリーンな状態を維持するために、次のような構造になっていることが多い。
（１）天井からフィルタを通した清浄な空気を吹き出すようになっている。
（２）床は「グレーチング」と呼ばれる「すのこ状」の板、あるいは「パンチングメタル」と呼ばれる複数の空気貫通穴をもつ板から構成されている。半導体製造のための装置は、通常、この床面上に設置される。
（３）床下は、天井からの空気の流れが床面を通過しやすいように、また、クリーンルームを運転するための機械類を納めるために大きな空間になっている。
【０００３】
ところで、クリーンルームは、単位面積当たりのコスト（建設費、維持費とも）が高いので、極力、床面積を有効に使用したいという要求がある。
【０００４】
半導体製造の工程上必要な設備として、製造過程にある半導体材料（ウェーハ）を一時保管しておく「ストッカ（保管棚装置）」がある。先の理由により、ストッカは、できるだけ小さな占有面積で、できるだけ多くのウェーハを保管できることが望まれる。
【０００５】
従来のストッカは、他の半導体製造装置と同様に、クリーンルームの床面上に設置されている。図９は従来のストッカの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【０００６】
このストッカ２００は、クリーンルームのグレーチング床Ｇ上に設置されており、外壁構造をなす筐体２０１に、平面状の左右の保管棚ユニット２０２を間隔をおいて対面配置している。保管棚ユニット２０２には、水平方向及び上下方向に格子状に多数の保管部２０３が確保されており、各保管部２０３に保管物Ｈを格納できるようになっている。また、保管棚ユニット２０２間の端部に位置させて、筐体２０１には、外部との間で保管物Ｈを出し入れするための受け渡し部（Ｉ／Ｏポート）２０５が設けられている。
【０００７】
左右の保管棚ユニット２０２の間には、受け渡し部２０５と保管部２０３との間で保管物Ｈの移載を行うスタッカ（移載装置）２１０が設備されている。
このスタッカ２１０は、保管棚ユニット２０２の間を通って水平方向に延びる走行レール２１１と、走行レール２１１上を走行する走行台車２１２の上に立設された昇降コラム２１５と、昇降コラム２１５に支持され昇降駆動される昇降台２１６と、昇降台２１６上に装備された２軸水平ロボット２１７とからなり、２軸水平ロボット２１７の先端のハンドによって保管物Ｈを把持するようになっている。
【０００８】
このストッカ２００における保管物Ｈの入庫手順は以下の通りである。
（１）予め、スタッカ２１０は、２軸水平ロボット２１７のアームを縮めた状態で例えば初期位置に待機している。
（２）その状態で、人手またはロボット等により、受け渡し部２０５に保管物Ｈを置く。
（３）移載の指令により、スタッカ２１０が動作し、待機位置から走行および昇降を行って、昇降台２１６を受け渡し部２０５まで移動させる。
（４）受け渡し部２０５に昇降台２１６が移動したら、２軸水平ロボット２１７のアームを伸ばし、ハンドを受け渡し部２０５内に挿入する。
（５）そして、保管物Ｈをハンドでつかむ。
（６）その状態で、２軸水平ロボット２１７のアームを縮め、保管物Ｈをストッカ２００内に引き込む。
（７）次いで、走行および昇降を行い、保管物Ｈを、保管すべき保管部２０３の位置まで移動する。
（８）移動したら、２軸水平ロボット２１７のアームを伸ばし、ハンドを保管部２０３内に挿入する。
（９）そして、保管物Ｈを保管部２０３の棚上に降ろす。
（１０）次に、２軸水平ロボット２１７のアームを縮め、ハンドを保管部２０３から出し、待機位置に移動して、次の動作の指示があるまで待機する。
【０００９】
保管物Ｈを出庫する際の動作は、上記の動作において、受け渡し部２０５と保管部２０３を入れ替えた動作を行えばよい。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述したように、クリーンルームのストッカは、できるだけ小さな占有面積で、できるだけ多くのウェーハを保管できることが要求される。
【００１１】
この点、上記従来のストッカは、クリーンルームの床面から天井までの寸法（通常、約３．５ｍ）に納まる高さに設定されているので、保管部を多くしようとした場合、水平方向の占有面積が増大してしまい、先の要求に応えることができない。
そこで、先の要求に応える策として、これまで使用していなかった床下の空間を利用し、グレーチング床の一部を開口して、天井から床下までのめいっばいの高さをもつ、高さの高いストッカの実現が望まれている。
【００１２】
しかし、高さの高いストッカを具体化するために、上記従来例の構造を踏襲したまま、単純に高さ方向の寸法を大きくすると、走行台車２１２によって水平方向に移動する昇降コラム２１５の寸法が長くなり、走行動作の起動・停止時に、昇降コラム２１５に大きな転倒モーメントが発生することになる。例えば、昇降コラムの長さを２倍にすると、単純に計算して、重量が２倍となり、また、重心高さが２倍になるので、転倒モーメントは４倍になる。したがって、走行をガイドする機構への負荷が増大し、昇降コラムはもちろん、ガイド機構や走行駆動系の構造や重量が肥大化し、設備が大型になる上、コストアップとなるという問題がある。
【００１３】
本発明は、上記事情を考慮し、設備の肥大化を極力抑えながら、保管空間の高さ方向への増大を可能にする保管棚装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の保管棚装置は、上端がクリーンルームの天井を貫通し、下端がクリーンルームの通風床を貫通して垂直に立設されるフレームに周方向及び上下方向に多数の保管部を形成し、且つ所定箇所に外部との間で保管物の受け渡しを行う受け渡し部を設けてなる円筒棚と、該円筒棚の内部に配設され、円筒棚の中心軸線に沿って昇降し且つ同中心軸線回りに旋回する昇降旋回体と、該昇降旋回体上に、前記円筒棚の径方向に伸縮する伸縮機構を介して装備された保管物把持用のハンドとを備え、前記円筒棚に沿って昇降コラムが立設され、該昇降コラムに、昇降駆動機構によって昇降させられる昇降台が支持され、該昇降台に、旋回駆動機構によって円筒棚の中心軸線回りに旋回させられる旋回台が支持され、該旋回台が前記昇降旋回体に相当しており、前記昇降コラムが円筒棚の外部に立設され、前記昇降台が円筒棚の中心軸線位置まで延びるアームを有し、該アームの先端に前記旋回台が配設されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項２の発明の保管棚装置は、請求項１において、前記昇降コラムが、前記円筒棚のフレームまたは円筒棚を保持する筐体のフレームに一体化されていることを特徴とする。
【００２０】
請求項３の発明の保管棚装置は、請求項１または２のいずれかにおいて、前記昇降駆動機構としてリニアモータが用いられていることを特徴とする。
【００２１】
請求項４の発明の保管棚装置は、請求項１〜３のいずれかにおいて、前記昇降コラムの上端に上部プーリを設け、該上部プーリにつるべ式に索条体を巻き掛け、該索条体の両端に前記昇降台とカウンタバランスウエイトを取り付けたことを特徴とする。
【００２２】
請求項５の発明の保管棚装置は、請求項４において、前記昇降コラムの下端に下部プーリを設けて、前記索条体を無端状態にして下部プーリに巻回させ、且つ前記下部プーリに無励磁作動型ブレーキを装備したことを特徴とする。
【００２３】
請求項６の発明の保管棚装置は、請求項４または５において、前記索条体を配設した昇降コラムの外周を、昇降台の昇降動作を許すスリットを有したカバーで覆い、前記索条体として前記スリットを覆う幅を有したベルトを用いたことを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図３は、本発明の第１実施形態の保管棚装置としてのストッカＭＡの構成を示し、図１は縦断面図、図２、図３は横断面図である。
【００２７】
このストッカＭＡは、角形の筐体７の内部に設置された円筒棚１と、その内部に配備されたスタッカ１０Ａとを備える。円筒棚１は、垂直に立設された円筒状のフレーム２に、周方向及び上下方向に多数の保管部（保管棚）３を設け、且つ所定箇所に、外部との間で保管物Ｈの受け渡しを行う受け渡し部５を設けてなるものである。円筒棚１は、クリーンルームＣＲ内に設置され、下端がクリーンルームＣＲのグレーチング床（通風床）Ｇに設けた開口Ｇａを貫通し、床下空間ＹＫ内に延びている。そして、床下空間ＹＫの床面Ｙに、下端ベース部８が固定されている。また、上端は、クリーンルームＣＲの天井Ｔに目一杯の高さに設定されている。
【００２８】
円筒棚１の内底部には、旋回モータ（旋回駆動機構）１２によって水平面内で矢印（ロ）のように旋回駆動される旋回台１１が設けられており、この旋回台１１上に昇降コラム１５が垂直に立設されている。この昇降コラム１５には、昇降駆動機構であるリニアモータ２５によって、矢印（イ）のように昇降させられる昇降台２０が、上下方向に移動自在に支持されている。昇降台２０は、リニアガイド２３によって上下方向の動作が案内される。旋回台１１の旋回中心は、円筒棚１の中心軸線Ｌに一致し、昇降台２０の中心部は同中心軸線Ｌ上に略位置している。ここでは、昇降コラム１５ごと旋回駆動されるので、昇降台２０が請求項１の昇降旋回体に相当している。
【００２９】
昇降台２０上には、矢印（ハ）のように円筒棚１の径方向に伸縮するアーム式の伸縮機構３１を介して保管物把持用のハンド３０が装備されている。昇降コラム１５の上端には上部プーリ１７、下端には下部プーリ１８が設けられ、上部プーリ１７と下部プーリ１８間には、索条体として、所定幅の無端状のベルト１９が巻回されている。そして、このベルト１９の両側に、つるべ式に昇降台１５とカウンタバランスウエイト２１が取り付けられている。
【００３０】
なお、カウンタバランスウエイト２１も、案内機構２４によって、振らつかずに昇降案内されるようになっている。また、下部プーリ１８には、無励磁作動型ブレーキ２７が装備されている。また、昇降コラム１５の高さ方向の中間部から昇降台１５に対して、ケーブルベア２２が延びている。さらに、昇降コラム１５の外周には、ベルト１９やケーブルベア２２の外側から昇降コラム１５を覆うように、カバー２８が設けられている。このカバー２８には、昇降台１５の昇降動作を許す縦長のスリット２８ａが形成されており、ベルト１９の幅は、このスリット２８ａを覆う寸法に設定されている。
【００３１】
次に作用を説明する。保管物Ｈを入庫する際の動作は以下の通りである。
（１）スタッカ１０Ａは、予め伸縮機構３１を縮めた状熊で待機している。昇降台１５は、下部プーリ１８に装備した無励磁作動型ブレーキ２７によって定位置の保持されている。
（２）その状態で、人手またはロボット等により、受け渡し部５に保管物Ｈを置く。
（３）移載の指令により、スタッカ１０Ａが動作し、無励磁作動型ブレーキ２７を解放した後、旋回台１１を所定位置に旋回させると共に、リニアモータ２５により昇降台２０を、受け渡し部５の高さまで移動する。
（４）受け渡し部５に昇降台２０が移動したら、伸縮機構３１を伸ばし、ハンド３０を受け渡し部５内に挿入する。
（５）そして、昇降台２０を少し上昇させ、保管物Ｈをハンド３０で掬うように保持する。
（６）その状態で、伸縮機構３１を縮めた状態にし、保管物ＨをストッカＭＡ内に引き込む。
（７）次いで、昇降および旋回を行い、保管物Ｈを、保管すべき保管部３の位置まで移動する。
（８）移動したら、伸縮機構３１を伸ばし、ハンド３０を保管部３内に挿入する。
（９）そして、昇降台１５を少し下降させ、保管物Ｈを保管部３に降ろす。
（１０）次に、伸縮機構３１を縮め、ハンド３０を棚から出す。
（１１）そして、下部プーリ１８に装備した無励磁作動型ブレーキ２７により昇降台１５をその位置に保持し、次の動作指令があるまで待機する。
【００３２】
保管物Ｈを出庫する際の動作は、上記の動作において、受け渡し部３と保管部３を入れ替えた動作を行えばよい。
【００３３】
上記の動作中に停電または非常停止により、強制的に電源が遮断されたとしても、下部プーリ１８に装備した無励磁作動型ブレーキ２７が作動するので、その制動・保持力によって昇降台１５の落下を防止することができる。
【００３４】
このストッカＭＡによれば、昇降コラム１５自体を水平方向に走行させるわけではないから、走行のためのガイド機構等が不要で、設備の肥大化を防止することができる。また、ハンド３０の位置を、円筒座標で制御し、昇降、旋回、伸縮の３軸の動作で動かすので、制御が単純で、動作の高速化が図れる。また、旋回機構を昇降コラム１５の下端に配したので、昇降台１５の重量を減らすことができ、昇降ストロークが長い場合でも昇降動作の高速化が図れる。
【００３５】
また、リニアモータ２５で昇降台２０を昇降させるので、機械的な動力損失を少なくでき、昇降動作の高速化が図れる。また、その場合のストロ−クは伝達要素の強度や精度に依存しないため、長尺化が可能となる。さらに、カウンタバランスウエイト２１を設けたので、昇降台１５の重量による負荷を実質的にほとんど無くすことができ、昇降動作の高速化が可能で、しかも位置保持の力を小さくできる。また、ベルト１９の幅で、カバー２８のスリット２８ａを隠すので、昇降用のアクチュエータ（リニアモータ）やリニアガイド２３等を外部より隠すことができる。
【００３６】
また、円筒棚１の下端をクリーンルームＣＲのグレーチング床Ｇに貫通させたので、床下空間ＹＫ内に、保管部３は勿論、駆動機械類、あるいは制御装置等を配置することができ、クリーンルームＣＲ内の空間の有効利用が図れる。
【００３７】
次に、図４、図５を用いて、本発明の第２実施形態のストッカＭＢについて説明する。図４は縦断面図、図５は横断面図である。
このストッカＭＢは、旋回機構を昇降台４０上に設けていることを特徴としている。
【００３８】
昇降コラム１５は円筒棚１の中心軸線Ｌ上に固定的に立設され、昇降コラム１５に沿って昇降する昇降台４０上に、旋回モータ４１によって旋回駆動される旋回台４２が支持されている。そして、旋回台４２上にスライド式の伸縮機構３３を介してハンド３０が取り付けられている。３３ａは、スライド動作を案内するためのリニアガイドである。旋回台４２の旋回中心は、円筒棚１の中心軸線Ｌに一致している。この場合は、昇降台４０上に装備された旋回台４２が、請求項１の昇降旋回体に相当する。その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一要素には同符号を伏して説明を省略する。
【００３９】
このストッカＭＢでは、昇降コラム１５を固定的に立設し、昇降台４０上に旋回台４２を設けたので、昇降コラム１５の高さが長い場合でも、昇降コラム１５自体を旋回させるものではないため、旋回力を小さくすることができる。また、昇降コラム１５が円筒棚１の内部に配設されているので、構造がコンパクトである。
【００４０】
次に、図６、図７を用いて、本発明の第３実施形態のストッカＭＣについて説明する。図６は縦断面図、図７は横断面図である。
このストッカＭＣは、前記第２実施形態のストッカＭＢにおける昇降コラム１５を、円筒棚１の外部に立設し、昇降台５０に、円筒棚１の中心軸線Ｌの位置まで延びるアーム５１を設け、このアーム５１の先端に、旋回モータ５２によって旋回駆動される旋回台５３を配設したことを特徴としている。旋回台５３の旋回中心は、円筒棚１の中心軸線Ｌに一致している。また、アーム５１は、円筒棚１の切欠部１ａを通して内部に挿入されている。さらに、昇降コラム１５は、円筒棚１を保持する筐体７のフレームに一体化され、強度アップされている。この場合、円筒棚１のフレーム２に一体化させることも可能である。
【００４１】
このストッカＭＣは、昇降コラム１５を円筒棚１の外部に配設しているので、円筒棚１の内部空間の大きさによらずに、昇降コラム１５を設計することができる。また、旋回台５３の旋回半径を小さくすることができ、内部の動作空間を広く取れる。
【００４２】
図８に示すストッカＭＤは、図７に示す第３実施形態のストッカＭＣより、径を小さくした円筒棚１を備えたものである。スタッカ１０Ｃの基本構造は前記と同様である。このように円筒棚１の断面積を小さくした場合、設置床面積の縮小が可能であり、クリーンルームの空間の有効利用ができる。
【００４３】
なお、上記実施形態では、円筒棚１の上端をクリーンルームＣＲの天井Ｔより下側に設定したが、天井を貫通して設けることもできる。そうすれば、占有面積を増やさずに、更に保管空間の増大が図れる。また、フレームの形状が実施形態のような円筒状に限定されるものでないのはもちろんである。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１の発明によれば、円筒棚の内部に昇降旋回体を配設し、その昇降旋回体に伸縮機構を介してハンドを設けているので、円筒座標型の設備を構成することができる。したがって、昇降機構として長い昇降コラムを設けた場合にも、昇降コラム自体を水平方向に走行させるわけではないから、走行のためのガイド機構等は不要であり、特別に強度を増強させた設備を構築する必要はない。よって、保管空間を増大させるために、円筒棚の高さを高くしても、設備の肥大化を防止することができ、コスト低減を図ることができる。また円筒座標型であり、ハンドの位置を、昇降、旋回、伸縮の３軸の動作で動かすので、制御が単純であり、動作を高速化でき、直線補間制御等の協調制御をする必要がない。
また、請求項１の発明によれば、円筒棚の下端をクリーンルームの通風床に貫通させたので、床下空間内に、保管部は勿論、駆動機械類、あるいは制御装置等を配置することができ、クリーンルーム内の空間の有効利用が図れる。
また、請求項１の発明によれば、円筒棚の上端をクリーンルームの天井に貫通させたので、占有面積を増やさずに、更に保管空間の増大が図れる。
【００４６】
また、請求項１の発明によれば、昇降コラムを固定的に立設し、昇降台上に旋回台を設けたので、昇降コラムの高さが長い場合でも、旋回力を小さくすることができる。
【００４８】
また、請求項１の発明によれば、昇降コラムを円筒棚の外部に立設したので、円筒棚の内部空間の大きさによらず、昇降コラムを配設でき、昇降コラムの強度アップも容易にできる。また、旋回台の旋回動作半径を小さくできるので、円筒棚の断面積を小さくでき、設置床面積の縮小が可能である。
【００４９】
請求項２の発明によれば、請求項１における昇降コラムを、円筒棚のフレームまたは円筒棚を保持する筐体のフレームに一体化させたので、構造が単純化される上、昇降コラム及びフレームの強度を高めることができる。
【００５０】
請求項３の発明によれば、昇降駆動機構としてリニアモータを用い、昇降台を直接に非接触で駆動するようにしたため、機械的な動力損失を少なくでき、昇降動作の高速化が図れる。また、ストロ−クは伝達要素の強度や精度に依存しないため、長尺化が可能となる。
【００５１】
請求項４の発明によれば、昇降台と釣り合うようにカウンタバランスウエイトを設けたので、昇降台の重量による負荷を実質的にほとんど無くすことができ、昇降動作を高速化することができると共に、位置保持の力を小さくすることができる。
【００５２】
請求項５の発明によれば、昇降台とカウンタバランスウエイトに連結した索条体を下部プーリに巻回させ、その下部プーリに無励磁作動型ブレーキを装備したので、非常停止用として使用することにより、停電時にも昇降台の落下の危険を無くすことができる。また、位置保持用としても使用できる。
【００５３】
請求項６の発明によれば、索条体として利用するベルトの幅で、昇降コラムのカバーのスリットを隠すようにしたので、昇降用のアクチュエータや案内機構を外部より隠すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の縦断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ矢視図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図である。
【図４】本発明の第２実施形態の縦断面図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ矢視図である。
【図６】本発明の第３実施形態の縦断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ矢視図である。
【図８】前記第３実施形態の変形例を示す図７と同様の図である。
【図９】従来のストッカ（保管棚装置）の構成図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【符号の説明】
１  円筒棚
２  フレーム
３  保管部
５  受け渡し部
７  筐体
１２  旋回モータ（旋回駆動機構）
１５  昇降コラム
１７  凹部プーリ
１８  下部プーリ
１９  ベルト（索条体）
２０  昇降台（昇降旋回体）
２５  リニアモータ（昇降駆動機構）
２７  無励磁型作動ブレーキ
２８  カバー
２８ａ  スリット
３０  ハンド
３１，３３  伸縮機構
４０，５０  昇降台
４１，５２  旋回モータ（旋回駆動機構）
４２，５３  旋回台（昇降旋回体）
５１  アーム
ＣＲ  クリーンルーム
Ｔ  天井
Ｇ  グレーチング床（通風床）
Ｈ  保管物
Ｌ  円筒棚の中心軸線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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