(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツールベイの少なくとも部分の中で複数のポッドを保管し、前記複数のポッドを前記ツールベイ内であちこちに移送するシステムであって、前記ツールベイは複数のプロセスツールを有しているようなシステムにおいて、
前記システムは、前記プロセスツールを収納した前記ツールベイの壁に沿って設けられた複数の保管場所を備え、前記複数の保管場所のうちの少なくとも１つの第１の保管場所が、前記複数の保管場所のうちの少なくとも１つの第２の保管場所の上に、部分的に垂直方向に整列され、
前記システムは、更に、前記複数の保管場所の間で前記複数のポッドを移送する間、および、前記複数の保管場所と前記複数のプロセスツールとの間で前記複数のポッドを移送する間、前記複数のポッドを手渡しすることなく、前記複数の保管場所の上方及び側部のうちの少なくとも一方から、前記複数の保管場所の各々から前記複数のポッドを移送することができて、前記複数の保管場所の各々に前記複数のポッドを移送することができ、かつ、前記複数のプロセスツールの上方及び側部のうちの少なくとも一方から、前記複数のプロセスツールに前記複数のポッドを移送することができて、前記複数のプロセスツールから前記複数のポッドを移送することができる搬送機構を備える、
ことを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記搬送機構はシャットルを備え、前記シャットルは、前記複数のポッドのうちの１つを把持するためのグリッパを有することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記グリッパは受動式グリッパで構成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記グリッパは、前記ポッドを把持するために、第１の位置と第２の位置との間で移動することができる機構を含む能動式グリッパで構成されることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の保管場所の各々は、前記ポッドの底面を支持するための棚を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
本発明は、半導体ウェーハの搬送及び保管に関し、特にウェーハ運搬ポッドを半導体ウェーハ製造施設のベイ内の種々の処理ツール相互間で移送したり保管する一貫生産型のシステム（統合型システム、インテグレイテッド・システム）であって、最小量のハードウエア及びソフトウエア制御で且つスペース利用効率のよい仕方で作動するかかるシステムに関する。
関連技術の説明
ヒューレット・パッカード・カンパニイにより提案されたＳＭＩＦシステムは、米国特許第４，５３２，９７０号及び第４，５３４，３８９号に開示されている。ＳＭＩＦシステムの目的は、半導体製造工程中のウェーハの保管及び搬送の際における半導体ウェーハ上への粒子の飛散を減少させることにある。この目的は、機械的な手段により、保管及び搬送中、ウェーハの周りのガス状媒体（例えば、空気又は窒素）がウェーハに対して本質的に静止しているようにすることにより、そして周囲環境からの粒子がすぐ近くのウェーハ環境中へ侵入しないようにすることによって或る程度は達成されている。
ＳＭＩＦシステムは、粒子を含んでいない少量のガスを運動状態、ガスの流れ方向及び外部汚染要因物に関して制御して用いることにより物品のためのクリーンな環境を提供する。提案された一システムの一層の詳細は、１９８４年７月発行の『ソリッドステート・テクノロジー（Solid State Technology）』（第１１１〜１１５頁）に所収されているミヒール・パリキ（Mihir Pariki）氏及びウルリッヒ・カエンプ（Ulrich Kaempf）氏の論文“ＳＭＩＦ：ＶＬＳＩの製造におけるウェーハカセット移送のテクノロジー（A TECHNOLOGY FOR WAFER CASSETTE TRANSFER IN VLSI MANUFACTURING）”に記載されている。
上述のタイプのシステムは、０．０２ミクロン（μｍ）以下〜２００μｍ以上の範囲にわたる粒子サイズに関心を持っている。これらのサイズの粒子は、半導体デバイスを製造する際に用いられる寸法形状が小さいので半導体処理において非常に大きなダメージを与える場合がある。代表的な最新式の半導体処理において取り扱う大きさは、今日では０．５μｍ以下である。測定して０．１μｍ以上の大きさの望ましくない汚染粒子は実質的に、１μｍの大きさの半導体デバイスの妨げとなる。技術動向としては、当然のことながら、半導体処理に関する寸法形状は更に更に小さくなっており、研究開発現場では今日では０．２μｍ以下になっている。将来、寸法形状は一層小さくなり、従って一層小さな汚染粒子が関心の対象になることであろう。
ＳＭＩＦシステムは、ウェーハを保管したり搬送するのに用いられる容量が最小限に抑えられた密閉ポッドを有する。ウェーハファブ（ウェーハ製造施設）内では、ＳＭＩＦポッドを或る一つの処理ツールベイから別のツールベイ（ベイ間デリベリ（配送）システム）に移送する第１の自動化搬送システムが設けられ、ポッドを特定の各ベイ（ベイ内デリベリシステム）内であちこちに移送する第２の自動化搬送システムが設けられている。代表的には長さ約８０フィート（約２４ｍ）台の各ツールベイは一般に、種々のウェーハ製造機能を実行する多数の処理ツール（以下、「プロセスツール」という場合もある）と、処理の前後でポッドを保管できる少なくとも１つのストッカとから成る。さらに、一般にポッドを特定のベイ内で数個の処理ツールに移送するときに、ポッドを処理相互間でストッカ内に保管する場合がある。ストッカは代表的には、ポッドを載置状態で保管すできる複数の棚及びポッドをストッカから出し入れすると共にポッドをストッカ内であちこちに移動させる搬送システムを有する大型ユニットである。
ツールベイ内に設けられた処理ツールの中には、一般に、処理能力の高いツールがあり、かかるツールは、他の処理ツールよりも比較的高い速度でそれらの特定のウェーハ処理を行うことができる。さらに、ベイ内のツールの中には計測用途のツールがあり、かかるツールは、一般に、ウェーハ収納ポッド内から単一のウェーハをモニターし又は検査する。ポッドは、例えば、２５個のウェーハを保管できる。もし通常の処理能力のツールが１時間で５０個のウェーハを処理できるとすれば、搬送システムがそのツールに供給する必要のあるポッドは１時間当たり２個に過ぎない。しかしながら、同様に１時間あたり５０個のウェーハを処理できるが、ポッド１個当たり一つのウェーハしか扱わない計測用ツールの場合、ツールを遊ばせておかないようにするためには１時間あたり５０個のポッドを計測用ツールに供給しなければならない。
高処理能力ツール及び計測用ツールに対応するために、ローカルツールバッファを高処理能力ツールポート及び計測用ツールに隣接して設け、それによりポッドを遠隔に設置されたストッカからポッドを取り出す必要なく、ポッドをかかるツールに隣接して局所的に保管し、これらツールに迅速に移送できるようにすることが知られている。かかるローカルツールバッファは一般に、高処理能力ツール及び計測用ツールに隣接して設けられており、これらローカルツールバッファは、ポッドを保管する棚及びポッドをローカルツールバッファに、これらローカルツールバッファから、そしてローカルツールバッファ内で移送する搬送システムを有している。
図１及び図２はそれぞれ、ストッカ２０及び複数の処理ツール２２，４０を有する典型的なツールベイの概略平面図及び概略正面図である。さらに、図１及び図２は、ツールベイ相互間におけるポッドの自動搬送を行うベイ間デリベリシステム（インターベイ・デリベリシステム）２５及びベイ内でポッドの自動搬送を行うベイ内デリベリシステム（イントラベイ・デリベリシステム）を示しており、かかるベイ内デリベリシステムについては、以下に説明する。従来型のベイ内デリベリシステムは、多数の搬送インタフェースを有し、これら搬送インタフェースのところで、ポッドを或る一つの搬送機構から別の搬送機構に渡し又は移送す必要がある。次に、従来型ツールベイ内の搬送インタフェースについて図１、図２及び図３に示されたフローチャートを参照して説明する。図面には概略的に示されているが、各インタフェースは、ポッドを第１の搬送機構から取り出し又は外し、そしてこれを第２の搬送機構に係合するよう位置決めする機構を必要とする。先ず最初にポッドをツールベイ内でベイ間デリベリシステム２５から受け取ると、ポッドをステップ５０においてストッカ２０に移送するか、或いはステップ５２においてベイ内搬送機構３０に直接配送するのがよい。
ポッドを先ず最初にストッカ２０内に保管すべき場合、ポッドをベイ間デリベリシステム２５からインタフェース２７のところでストッカの入力／出力（Ｉ／Ｏ）部２３に渡す。ストッカのＩ／Ｏ部はポッドをインタフェース２９のところでストッカ内のストッカ搬送機構２６に渡す（ステップ５４）。しかる後、ポッドをストッカからツールベイ（以下に説明する）に移送し、或いはベイ間デリベリシステムに戻すことができる。ポッドをストッカからベイ間デリベリシステムに送り戻すべき場合、ステップ５５においてポッドを搬送機構２６からストッカのＩ／Ｏ部２３に移送し、次にステップ５９においてポッドをストッカＩ／Ｏ部からベイ間デリベリシステム２５に移送する。
理解できるように、別法として、ポッドをステップ５２において機械的インタフェース３２のところでベイ間デリベリシステム２５から、直接、ベイ内搬送機構３０に移送してもよい。ベイ内搬送機構３０から、ポッドを複数のプロセスツール２２，４０に移送しても、或いはストッカ２０に移送してもよい（これは、プロセスツール２２，４０への移送の前又は後の何れであってもよい）。ポッドをベイ内搬送機構３０からストッカに移送するために、ポッドをステップ５７において先ず最初にインタフェース２４のところでストッカＩ／Ｏ部２１に移送し、次にステップ６１においてインタフェース２８のところでストッカ搬送機構２６に移送する。ベイ内搬送機構３０からポッドを受け取るストッカＩ／Ｏ部２１は、ベイ間搬送機構からポッドを受け取るストッカＩ／Ｏ部２３と類似しており、ストッカ搬送機構２６は、ポッドをストッカＩ／Ｏ部２１とストッカＩ／Ｏ部２３の両方から受け取ることができる。
ポッドをベイ内搬送機構３０から処理ツールに移送すべき場合、ポッドをインタフェース３８のところでツールデリベリ機構３４に移送する（ステップ６０）。別法として、高処理能力ツール及び計測用ツール、例えばツール４０の場合、ポッドをステップ６２において、先ず最初に、インタフェース４４のところでローカルバッファデリベリ機構４２に移送し、次にインタフェース４８のところでツール内デリベリ機構４６に移送する。次に、デリベリ機構４６は、ポッドをローカルツールバッファ内の所望位置に位置決めする。最後に、ツールデリベリ機構３４（通常の処理能力のプロセスツールのツールデリベリ機構）は、ステップ６３においてポッドを各ツールのＩ／Ｏポート５０に送るか、或いは、ローカルバッファデリベリ機構４２（高処理能力ツール又は計測用ツール）は、ステップ６５においてポッドをＩ／Ｏポート５０に送る。
上述のデリベリ機構及びインタフェースは又、通常処理能力プロセスツールについてはステップ６４，６６において、又は、高処理能力及び計測用ツールについてはステップ６８，７０において、ベイ内搬送機構３０に戻すのに利用される。次に、ベイ内搬送機構は、上述したようにポッドをストッカに移送し、又はステップ６７においてベイ間デリベリシステムに戻すことができる。
各ツールベイは約１５〜２０個程度のプロセスツールを有しているので、ベイ内デリベリシステムは全体で、ポッドを物理的に一搬送システムから別の搬送システムに移送する必要のある場合に用いられるインタフェースを１００個以上有する場合がある。多数の構成要素及び複雑なハードウエアを有するかかる従来型システムは幾つかの欠点を備えている。第１に、ストッカとローカルツールバッファの両方又は何れか一方は、高価であり、場合によってはこれらが用いられるプロセスツールと同じほど高価である。また、ストッカ、ローカルツールバッファ及び専用搬送機構及びインタフェースは、ツールベイ内の貴重なスペースを占有する。第２に、各ツールが、ポッドをそのツールに出し入れする唯一の機構として専用搬送機構を有している場合、搬送機構が誤動作をした場合、そのツールは切離し状態になり、手動操作による移送以外にはポッドをツールに供給したり、ポッドをツールから取り出す術が無くなる。第３に、ポッドを一搬送機構から別の搬送機構に渡さなければならない場合に用いられる各インタフェースは、移送の際にポッドの取扱いを誤る恐れを潜在的に備えている。従来型システムのインタフェースが多数なのでポッドの取扱いの誤りの恐れは何倍にもなる。
従来型配送及び保管システムにおけるハードウエアに関する問題に加えて、従来技術は、かかるシステムのソフトウエア制御に関して幾つかの欠点を有している。第１に、可動であって相互作用する各構成要素は、或るレベルのソフトウエア制御を必要とする。かくして、ベイの周りに位置した多くの搬送機構、ストッカ内の搬送機構、及びローカルツールバッファ内の搬送システムはそれぞれ、その動作及び相互作用又は対話のためのソフトウエアルーチンを必要とし、その結果、ソフトウエア制御システムが複雑になる。第２に、ソフトウエア制御システムは、インタフェースの一方の側の搬送機構が移送のためにポッドを提供すると、インタフェースの他方の側の搬送機構がこれを受け取るためにそこに存在しなければならないようにインタフェースを制御する必要がある。上述したように、ベイ内には１００個を越えるインタフェースが存在する場合があるので、各インタフェースのところでの手渡しの適正なタイミングをとって移送機構又は受取り機構がインタフェースのところで待機しなくてもよいようにするためには極めて複雑なアルゴリズムが必要である。第３に、ツールが誤動作をした場合、ソフトウエア制御はそのツールに関してスケジュール設定されたポッドを送りなおし、そのツールのためのローカルツールバッファ内に存在しているポッドを取り除き、ツールのローカルバッファから取り除かれたポッドのための別のツール、バッファ又は保管場所を見つけなければならず、これらは全てベイ内におけるたのプロセスツールへのポッドの出し入れを中断させないで行われる必要がある。従来型ソフトウエア制御プログラムは、このような事態を効果的にこなすのは極めて困難である。
図１及び図２に示すベイ内デリベリシステムの代替例として、ベイ内搬送機構３０をモノレールケーブルホイストを含むオーバーヘッド形搬送システムで置き換えることが知られている。かかるオーバーヘッド形搬送システムは、ポッドをツールベイの長手方向に沿って水平方向に搬送でき、そして所望のＩ／Ｏポート５０上に位置したときにケーブルがポッドを搬送機構からＩ／Ｏポート５０上に下降させる。かかるシステムを用いると、図１及び図２に示すインタフェース３８，４４を不要にすることができる。しかしながら、かかるオーバーヘッド形搬送システムに関する問題、並びに、図１及び図２に示す従来型システムに関する別の欠点は、ツールデリベリ機構３４（図１及び図２）、又は、オーバーヘッド形搬送システムのケーブルリフトが、ポッドをＩ／Ｏポート上に下降させることができるようＩ／Ｏポート５０上に障害物のない経路を設けなければならないことである。オーバーヘッド形搬送システムのもう一つの欠点は、ポッドをＩ／Ｏポート５０上に正確な位置及び正確な向きをなした状態で位置決めし、その後にウェーハが自動的にプロセスツール内へ引き入れられるようにすることが肝要であるということにある。しかしながら、ポッドの下降中、ケーブルは揺れやすく、重力の作用とは異なる横方向位置決め支持手段を備えていない。かくして、ケーブルシステムは、ポッドをプロセスツールのＩ／Ｏポートの頂部の上に正確な位置で位置決めする際に誤差を生じがちである。
発明の概要
したがって、本発明の利点は、ポッドを処理ツールに出し入れする構成が非常に簡単で且つ効率的なシステムを提供したことにある。
本発明の別の利点は、ポッドの手渡し及び移送インタフェースを最小限にしてポッドをベイ間デリベリシステムから処理ツールに配送するシステムを提供したことにある。
本発明の別の利点は、複雑ではない材料制御ソフトウエアシステムを必要とし、ツールが不調であったり故障した場合でも動作できるポッド保管及び配送システムを提供したことにある。
本発明の別の利点は、従来型ストッカ及びローカルツールバッファを不要にし、それによりツール処理ベイ内に追加のスペースをつくり、ハードウエア及びソフトウエア制御システムを単純化し、これらユニットと関連した費用を削ったことにある。
本発明の別の利点は、ツールベイ内に多数の一時収納及び保管スペースを提供したことにある。
本発明の更に別な利点は、従来型ツールベイ内に現在利用できる未使用スペース内に一時収納及び保管場所を提供してツールベイのサイズを大きくしないで保管及び一時収納スペースを増大させたことにある。
本発明の別の利点は、一時収納及び保管スペースをツールベイ内で各処理ツールに隣接して配置し、それにより特定の処理ツールへのポッドの配送速度を増大させたことにある。
本発明の更に別の利点は、ツールベイの設計及び改装に関する融通性を高めたことにある。
上記利点及び他の利点は，好ましい実施形態では、一貫生産型（統合型）バッファ（一時収納）・デリベリ（配送）・ストッカ（保管）システムに関する本発明によって得られる。本発明の実施形態では、ウェーハファブ内の各ベイの各側は、好ましくは、ツールベイ内でポッドをベイ間搬送システムと、種々のプロセスツールのＩ／Ｏポートと、保管棚との間で独力で搬送できる一対のシャットルを含む。各シャットルは好ましくは、ツールベイ内で上下に並進（なお、並進又は並進運動とは、回転運動と対比される物理学的用語であることに注意されたい）できるよう軌道ユニット内に並進可能に設けられたグリッパを有する。さらに、軌道ユニットはツールベイに沿って水平方向運動自在に並進可能に設けられている。したがって、各シャットルのグリッパはツールベイの鉛直面内でＸ−Ｚ方向の並進運動を行うことができる。かかるシャットルを２つ設けることにより、ポッドを例えばＩ／Ｏポートから持ち上げて別のポッドをこの上に配置でき、この場合、第１のポッドをどこか別の場所に下ろすために待機する必要はない。
本発明は、ツールの前且つＩ／Ｏポートの上方でツールベイの長手方向に沿って取り付け可能なモジュール式パネルに取り付けられた複数の保管棚を更に有している。有利には、保管棚をツールベイ内でプロセスツールのうち幾つか又は全ての上方に配置される。かかる構成により、従来型ツールベイと比較してポッドを保管するスペースが実質的に多くなる。さらに、一つには従来型システムでは処理ツールのＩ／Ｏポート上の障害物のない経路が利用可能でなければならないという理由で処理ツール上のスペースが現行方式では未使用なので、本発明によれば、従来型ツールベイの設置面積を増大させないで保管能力を増大させることができる。
作用を説明すると、シャットルのうち一方がポッドをベイ間デリベリシステムから取り出し、次に、このポッドを特定の処理ツールのＩ／Ｏポートに送るか、或いは、好ましくは、ポッドを次に移送する処理ツールに隣接した利用可能な棚上に保管する。しかる後、ポッド内のウェーハの処理がそのベイについて完了するまでいずれかのシャットルを用いてポッドをツールベイ内であちこちに移動させ、その後、ポッドを棚のうち一つの上に保管し、或いはベイ間搬送システムに戻すのがよい。
本発明は、ベイの設計及び改装に関し、従来型システムと比べて高い融通性をもたらす。第１に、シャットルは、ポッドをＩ／Ｏポートに配送するのに辿らなければならない専用経路を必要とせず、本発明のデリベリシステムは、Ｉ／Ｏポートの位置に依存しない。かくして、たとえば、処理ツールに代えてＩ／Ｏポートを備えた別のツールを、交換したツールとは異なる場所に配置する場合、シャットルを改造する必要はない。同様に、保管棚の位置は、Ｉ／Ｏポートの位置に依存しない。シャットルがツールベイの側部上の任意の２つの点の間にポッドを移動できるので、ツールのＩ／Ｏポート上に障害物のない経路を維持しておく必要はない。
有利には、本発明により、各プロセスツールが単一の搬送機構を共用すると共に各プロセスツールがポッド用の単一の大型保管兼一時収納領域を共用するようにすることにより、プロセスツールがツールベイ内にひとまとめに組み込まれる。更に、本発明により、従来技術のポッドの手渡し、ストッカ及びローカルツールバッファと関連した複雑なハードウエア及びソフトウエア制御の大部分を本発明では不要にできるという点において、一層信頼性の高いポッド用一時収納・配送・保管システムが得られる。
【図面の簡単な説明】
次に、本発明の内容につき図面を参照して説明する。
図１は、ストッカ、複数のプロセスツール、及びポッドデリベリシステムを含む従来型のツールベイの平面図である。
図２は、ストッカ、複数のプロセスツール、及びポッドデリベリシステムを含む従来型のツールベイの一方の側から見た正面図である。
図３は、従来型ベイ内ポッドデリベリシステムで必要とされたインタフェースのフローチャートである。
図４は、本発明のベイ内バッファ・デリベリ・ストッカシステムを有するツールベイの正面図である。
図５は、本発明のベイ内バッファ・デリベリ・ストッカシステムを有するツールベイの平面図である。
図６は、本発明のベイ内バッファ・デリベリ・ストッカシステムを有するツールベイの端面図である。
図７は、本発明のシャットルの正面図である。
図８は、図７に示すシャットルの側面図である。
図９は、本発明の変形実施形態のシャットルの正面図である。
図１０は、図９の変形実施形態のシャットルの側面図である。
図１１は、本発明の把持機構の拡大側面図である。
図１２は、本発明のプロセスツールベイ内でポッドをあちこちに移動させるソフトウエア制御の好ましい実施形態のフローチャートである。
図１３は、本発明の変形実施形態のシャットル及び保管棚の斜視図である。
詳細な説明
次に、一般にプロセスツールベイ内でＳＭＩＦポッドを一時収納し、配送し、そして保管する統合型ベイ内システムに関する本発明を、図４〜図１３を参照して説明する。本発明の好ましい実施形態はＳＭＩＦポッドに利用されるが、利用されるポッドのタイプは本発明にとっては重要ではなく、本発明では半導体ウェーハが収納される種々の容器のうち任意のものが使用可能であることは理解されよう。これとしては、ウェーハが収納される底開放ポッド、前開放ポッド、カセットレスポッド及びオープンカセットが挙げられるが、これらには限定されない。さらに、半導体ウェーハ以外の被処理又は加工物（かかる加工物としては、ポッド内で保管されると共に、或いは搬送できるレチクル、フラットパネルディスプレイ及び他の基板が挙げられる）がポッド内に使用できることが意図されている。
図４及び図５は、それぞれ半導体プロセスツールベイ１００の一方の側から見た正面図及び平面図である。ベイ１００は、複数のプロセスツール１０２を有している。本発明は、特定のツールベイ内で任意の数のプロセスツールを用いて利用できることは理解されよう。各プロセスツール１０２は、ＳＭＩＦポッドを受け入れ、ウェーハをポッドとプロセスツールの内部との間で搬送する少なくとも１つのＩ／Ｏポート１０４を有している。当該技術分野で公知のように、プロセスツール１０２は主として、「チェイス」と呼ばれるスペース内に配置され、Ｉ／Ｏポート１０４を有するツールの前面は、ベイ１００内へ突出している。チェイスは、プロセスツールを取り出したり交換すると共に、或いはプロセスツールに接近するために用いられる。
図４〜図６に示すように、ベイ１００は、複数の棚１０６を更に有し、各棚は、ポッド１０８を支持できる上面を有している。棚１０６を、ポッドをこの上に支持すると共にグリッパがポッドの頂部と隣の上の棚との間のスペース内に入り、以下に説明するようにポッドを把持して搬送するのに充分な距離互いに垂直方向に間隔を置いて配置するのがよい。図４に示すように、本発明の一実施形態では、棚は複数の行及び列をなした状態で並べられている。しかしながら、本発明の棚をベイ内に種々の形態で設けてもよいことは理解されよう。本発明の好ましい実施形態では、スペース１１０（図４及び図６）が、行をなした棚１０６の上、下、及び／又は、棚の相互間に設けられている。ポッド１０８がシャットル１１６（以下に説明する）によってベイに沿って水平方向に移送されるのはこのスペース内である。水平方向のスペース１１０に加えて、棚１０６は好ましくは、垂直方向のスペース１１２もまた構成するようグループ分けされている。スペース１１２は、ポッドをシャットルによってベイ１００内で垂直方向に移送できると共にシャットルによってベイ内で各ポッドに接近できるよう設けられている。図４に示す実施形態では、１つの水平方向スペース１１０が示されており、３列目ごとの棚１０６がスペース１１２を構成するよう開かれたままになっている。しかしながら、棚１０６のグループ分けによって構成されるスペース１１０，１１２の位置及び数は変形実施形態では様々であってよいことは理解されよう。
各棚１０６は好ましくは、粒状化特性及びガス発生特性の低い剛性材料、例えば陽極酸化処理表面仕上げのアルミニウムで作られる。さらに、当業者には理解されるように、各棚は、その上面に設けられていて、各ポッドの下面に設けられた溝と嵌合してポッドを棚上に位置決めすると共に保持する自動運動式取付けピンを有するのがよい。
棚１０６を１又は２以上のパネル１１４（図６）に取り付けるのがよく、これらのパネルをベイ１００内にモジュール部分の状態で設けるのがよい。パネルを、フロアに取り付けられた脚上に支持されると共にベイの天井に固定されるのがよい。変形例として、パネルを全体としてベイの天井に取り付けてもよい。従来型ウェーハファブでは、クリーンルームの壁は各プロセスツールの周りに切断形成され、それによりクリーンルームの環境をツールベイ内に構成している。この結果として、ツールを取り出して、互いに異なる寸法の新しいツールに置き換える度に、高価なクリーンルームの壁を破棄しなければならず、新しいクリーンルームの壁を新しいツールの外形に合わせて切断して据え付けなければならなくなる。しかしながら、本発明によれば、この手順はパネル１１４を用いることにより大部分回避できる。パネルは、ツールベイ内で天井からツールＩ／Ｏポートよりも上方に僅か約１５００mmの高さまで下げた状態で設けられている。１５００mmの下では、プロセスツール自体は、ツール相互間の切欠き状態のクリーンルーム部分と一緒になってベイを封止する。したがって、ツールを交換する場合、修正を必要とする可能性のあるのは、ツール相互間で且つ１５００mm下のクリーンルーム部分の幅だけである（これは、従来型ベイの場合のように壁の１２〜１５フィート（約３．６〜４．６ｍ）の高さ部分を完全に交換しなければならないのとは対照的である）。
棚１０６は有利には、ベイ内でＩ／Ｏポート１０４の上方に設けられる。発明の背景の項で説明したように、従来型システムでは、Ｉ／Ｏポートの上方のスペースは開かれたままにしておかなければならなかった。その目的は、ツールデリベリ機構がポッドをＩ／Ｏポート上に下降させる障害物のない経路が得られるようにすることにあった。しかしながら、以下に説明するように、本発明のシャットルはＸ−Ｚ方向並進運動を行うことができる。かかるシステムによって得られる利点は、ポッドをシャットルによって貯蔵棚から調達でき、そして必要に応じて水平方向と垂直方向の両方又はいずれか一方に移動させてポッドを所望のＩ／Ｏポート上に配置できることにある。Ｉ／Ｏポート等の上には、シャットルによって利用されなければならない特定の経路はない。その目的は、シャットルがポッドを特定のＩ／Ｏポート上に移送できるようにすることにある。この結果、棚をＩ／Ｏポートとは独立して且つＩ／Ｏポートの位置とは無関係にツールベイ内に位置決めできる。
シャットルのＸ−Ｚ方向並進運動及び貯蔵棚の独立位置決めにより、幾つかの利点が得られる。第１の利点として、ツールベイの設計及び改装の融通性が大幅に向上する。上述したように、貯蔵棚の位置は、Ｉ／Ｏポートの位置で左右されない。かくして、例えば、棚１０６を有するパネル１１４を、ベイ内におけるプロセスツールのレイアウトが分かる前でも製作できる。さらに、Ｉ／Ｏポートの位置は、例えばプロセスツールの交換の際に、貯蔵棚の位置を代える必要なく変更できる。
機械的移送機構及びインタフェースに代えて本発明のシャットルを用いると、融通性が一段と向上する。発明の背景の項において図１及び図２を参照して説明したように、例えばツールデリベリ機構３４及びこのためのインタフェース３８の位置設定は、Ｉ／Ｏポートの位置によって完全に規定され、即ちデリベリ機構３４及びインタフェース３８はＩ／Ｏポートの上方に垂直方向に配置されなければならなかった。この結果として、ツールを交換する場合、新型機械のＩ／Ｏポートのいずれをも旧式機械のＩ／Ｏポートと同一の位置に配置しなければならず、それにより融通性が制限され、或いは既存のツールデリベリ機構及びインタフェースを交換しなければならなかった。しかしながら、シャットル１１６は、これらがポッドをＩ／Ｏポートに配送するのに辿らなければならない専用経路を必要としないので、本発明のデリベリシステムは、もはやＩ／Ｏポートの位置に依存しない。
本発明の一時収納・配送・保管システムはまた、従来型システムと比べてポッド貯蔵能力が高い。発明の背景の項で説明したように、従来型システムは、ツール内における処理の前又はその後でポッドを保管するストッカを用いていた。３００mmのウェーハを扱うツールベイの場合、従来型ストッカは、平均で約１００個のポッドを保持していた。しかしながら、従来型ツールベイと同一サイズの約８０フィート（約２４ｍ）のツールベイでは、本発明は２倍以上の量のポッドを保管できる。その上、本発明では、ポッドは従来型ツールベイでは用いられなかったツールの上方のスペースに保管されるので、ツールベイの設置面積を増大させないで追加の貯蔵スペースが得られる。さらに、ポッドを次に移送されるべきプロセスツールに近接して位置した棚上に保管でき、また従来型システムにおいて何回も行われる手渡しとは対照的に、移送が一段階で行われるので、本発明は従来型システムよりも非常に迅速にポッドとプロセスツールに配送することができる。
本発明において貯蔵スペースの増大により得られるもう１つの利点は、ストッカを本発明のシステムから省略できることである。ストッカは高価であり、これらを省くことによりファブ機械設備費を減少させることができる。また、材料制御ソフトウェアシステム（以下に説明する）を、ストッカを動作させるための別個の制御手段を不要にできるという点において単純化できる。さらに、ストッカを省くことにより、ツールベイ内の貴重なスペースが自由に使え、この中に１又は２以上の追加のプロセスツールを配置することができ、それにより生産性が向上する。
ストッカの省略に加えて、複数の棚１０６を各プロセスツールのＩ／Ｏポートに隣接して配置できるので、従来、高処理能力ツール及び計測用ツールに隣接して設けられていたローカルツールバッファを省略することができる。本質的に、棚は、あらゆるプロセスツールのローカルバッファとなり、通常の高い処理能力を従来と同様に発揮することができる。ストッカの省略の場合と同様に、ローカルツールバッファを省略することにより、少なくとも、ローカルツールバッファの利用と関連した費用が節約でき、材料制御ソフトウェアを単純化できるという利点が得られる。ストッカ及びローカルツールバッファを不要にしたことによって得られるさらにもう１つの利点は、これら構成要素と関連したデリバリ機構及び機械的インタフェースもまた不要にすることができ、それにより、誤動作及びポッドの誤った取扱いの潜在的な原因が除かれ、さらにソフトウェア制御システムが一段と単純化されるということにある。
また本発明により、従来ツールに設けられていたマニュアルロードポートを省くことにより、プロセスツールの幅を減少させることができる。Ｉ／Ｏポートに加えて、プロセスツール、最も典型的には処理能力の高いプロセスツールは、マニュアルロードポートと通称されているＩ／Ｏポートの隣の追加の設置場所をもつことができる。マニュアルロードポートは、プロセスツールに取り付けられていて、ポッドがツールのＩ／Ｏポート上に手作業か自動的かのいずれかで移送準備ができるまでにポッドを配置できるバッファ又は保管場所となる棚又は支持面に過ぎない。かかるマニュアルロードポートの例が、図２において符号５１のところに示されている。ポッドをマニュアルロードポート上に配置するための専用搬送機構及びインタフェースを必要とすることに加えて、Ｉ／Ｏポートの次にロードポートを設けることにより、プロセスツールの全幅が増大する。２つのＩ／Ｏポート及びマニュアルロードポートを有するプロセスツールの幅は代表的には、３００mmのウェハを扱うシステムの場合、約６０インチ（約１．５ｍ）である。
上述したように、複数の棚をツールベイに沿って各Ｉ／Ｏポートに隣接して配置することが本発明の特徴である。棚はプロセスツールの各々について十分過ぎるほどの一時収納を行うことができるので、従来のプロセスツールに設けられていたマニュアルロードポートを省くことができる。マニュアルロードポートを省くことにより、ツールの幅は、３００mmのウェーハを用いるシステムの場合、約１８インチ（約４６cm）減少させることができることが見込まれる。プロセスツールの幅の減少により、クリーンルーム環境内に貴重なスペースが自由に使えることになり、潜在的に追加のプロセスツールを使用できる余地が生じる。
本発明は、ポッドをベイ間搬送手段１１８から受け取って、これらポッドをツールベイ内であちこちに搬送する一対のシャットル１１６を更に有している。図７の正面図及び図８の側面図に示すように、シャットル１１６は、キャリジ１２１ａ，１２１ｂに取り付けられたグリッパ１２０を有している。キャリジ１２１ａ，１２１ｂは、レール１２２ａ，１２２ｂに沿って垂直方向運動自在に並進できるよう取り付けられている。レール１２２ａ，１２２ｂは、第２の組をなすキャリジ１２４ａ，１２４ｂに取り付けられ、これらキャリジは、ツールベイ１００の長さにまたがるレール１２６ａ，１２６ｂに沿って水平方向運動自在に並進できるよう取り付けられている。当業者には理解されるように、一対の駆動機構（図示せず）を設けるのがよく、第１の駆動機構は、グリッパ１２０及びキャリジ１２１ａ，１２１ｂをレール１２２ａ，１２２ｂに沿って駆動し、第２の駆動機構はキャリジ１２４ａ，１２４ｂ及びこれらに取り付けられた構成部品をレール１２６ａ，１２６ｂに沿って駆動する。駆動機構は、好ましくは、それぞれのキャリジを駆動するモータ、例えばサーボモータ又はステッピングモータを有する場合がある。動力伝達機構、例えば歯車組立体、無端チェーン又はケーブルをモータとそれぞれのキャリジとの間に作動的に連結してモータの動力をキャリジに伝えるようにするのがよい。駆動機構は、好ましくは、以下に説明する材料制御ソフトウェアによって制御される。動力信号及び制御信号は、シャットル１１６内で種々の公知の方法、例えば水平方向レール１２６ａ又は１２６ｂのいずれかに沿って且つ垂直方向レール１２２ａ又は１２２ｂのいずれかに沿って設けられた電気リード線によって受けとられるのがよい。
当業者には理解されるように、グリッパ１２０の水平方向及び垂直方向の並進運動を達成するために、種々の他の移動及び並進運動システムを図７及び図８に示すものに代えて用いてもよい。多くの変形実施形態のうちの１つが、図９及び図１０に示されており、かかる実施形態では、レール１２２ａ，１２２ｂは一対のキャリジ１２８ａ，１２８ｂに取り付けられ、これらキャリジはツールベイの頂部に沿って設けられた一対のレール１３０ａ，１３０ｂ上に載っている。変形例として、種々の他の公知の移動システムを用いてもよい。これは、第１の並進運動機構を第２の直交方向に動く並進運動機構上に敷設するシステム、又は、Ｘ−Ｚ方向並進運動が可能な単一の機構を備えたシステムを含む。
グリッパ１２０に関する細部が図１１の側面図に示されている。ブラケット１３２が、キャリジ１２１ａ，１２１ｂ相互間に延びている。グリッパは、ブラケットに取り付けられており、グリッパの端部からはピン３４が上方に突出している。シャットル１１６の水平の並進運動方向から見て、グリッパ１２０の横断面は実質的に“Ｃ”字形の形をしている。このような形になっているので、グリッパは、従来ポッド１０８に設けられているハンドル１３８上に水平方向に且つこの周りにぐるりと移動することができる。ハンドルは、ピン１３４と嵌合する戻止め１３６を有している。
次に、図４、図６、図７及び図１１を参照すると、特定のポッド、例えば図６のポッド１０８1を把持してこれを移送するために、シャットルはベイに沿って水平方向に動かされ、次にスペース１１２のうちの１つの中で上又は下に垂直方向に動かされ、ついにはグリッパ１２０がポッド１０８1の隣に位置するようにする。グリッパ１２０は、次にシャットルを水平方向に移動させ、ピン１３４が戻止め１３６と実質的に垂直方向に整列するまで“Ｃ”字形グリッパがハンドル１３８の上方に且つこの周りに動くようにする高さ位置でポッド１０８1の隣に位置決めされる。この位置では、グリッパ１２０とポッド１０８1とは好ましくは依然として接触していない。次の段階において、キャリジ１２１ａ，１２１ｂはレール１２２ａ，１２２ｂに沿って上方に移動し、したがってピン１３４は戻止め１３６に嵌入し、グリッパ及びハンドルのそれぞれの表面が互いに接触するようになる。キャリジ１２１ａ，１２１ｂをレール１２２ａ，１２２ｂに沿って引き続き上方に移動させると、ポッド１０８1がその棚１０６又はＩ／Ｏポート１０４から持ち上げられ、しかるのちポッドを所望通りに移送してグリッパ１２０によってしっかりと保持できる。
当該技術分野で公知のように、シャットルは、シャットルがすでにポッドが載せられている棚又はＩ／Ｏポート上にポッドを置かないようにするためのセンサ（図示せず）（これはスクワットセンサ（squat sensor）と呼ばれることがある）を有するのがよい。種々の公知の形態を採用することができるが、一実施形態ではスクワットセンサは、グリッパとハンドル１３８との位置関係を検知するためにグリッパ１２０に取り付けられている。もしポッドがグリッパから離れていると考えられる時点よりも前に、例えばあたかも一つのポッドが、既にポッドの置かれている棚の上に降ろされているかのようにハンドルがグリッパ１２０との係合状態から分離し始めると、センサはこの初期分離を検出できる。しかるのち、この潜在的な問題に関してコントローラには警告が出され、シャットルの動作が停止する。
ポッドがその次の棚、Ｉ／Ｏポート又はベイ間デリバリシステムのところに配置されると、キャリジ１２１ａ，１２１ｂは、ポッドが支持面上に載るまでグリッパ１２０及びポッドを下降させる。キャリジ１２１ａ，１２１ｂを引き続き下方に運動させると、ピン１３４は戻止め１３６から外れ、それによりグリッパはポッドのハンドルから外れる。しかるのち、シャットルは、グリッパがハンドル１３８の周りにもはや垂直方向に整列しないようになるまで水平方向に並進し、そして再びハンドル又はポッドに接触しないように自由に垂直方向に並進できる。
シャットル及びグリッパは、ベイ間デリバリシステムからポッドを受け入れるのと実質的に同一の方法で動作する。本発明のベイ間デリバリシステムとベイ内デリバリシステムとの間のインタフェースは、従来型ベイで用いられているものであるのがよい。かかるインタフェースとしては、例えばポッドの底部又は側部を支持された状態でポッドをベイ間デリバリシステムから受け取る種々のコンベヤが挙げられる。ポッドがベイ間デリバリシステムとベイ内デリバリシステムとの間でインタフェース上に配置された状態で、シャットルはグリッパをポッドのハンドル１３８の回りに位置決めし、しかるのち、ポッドを上述したように把持するために上昇する。
当業者には理解されるように、グリッパ１２０に代えて、ポッド１０８に係合し、移送し、そして離す種々の他の公知の機構を用いてもよい。例えば、上述したシステムは受動式グリッパであるが（グリッパ自体が固定構造のものであるという意味において）、開閉可能なジョーを有する能動式グリッパを用いてポッドを把持したり離したりしてもよい。さらに、種々の把持機構の構造及び作用は、把持して移送されるべきポッドの形状に応じて様々であることは理解されよう。
シャットル１１６のグリッパ１２０がポッドを搬送している時、グリッパは、ツールベイに沿って水平方向に移動するためにスペース１１０内に位置決めされなければならない。しかしながら、シャットル１１６がポッドを搬送していない時、シャットルはグリッパが任意の水平方向の行内でポッドハンドルの高さ位置にある状態で水平方向に移動することができる。この高さ位置では、シャットルは水平方向に移動しているので、グリッパ１２０はポッドのハンドル又はポッド自体に接触することなくポッドのハンドルの周りを通る。
グリッパがベイ内で移動している時にシャットルのグリッパの位置を突き止めるための種々のシステムを用いるのがよく、かくして、グリッパを棚又はＩ／Ｏポート上のポッドに対してベイ内の所望の位置に位置決めすることができる。グリッパの水平方向位置を突き止めるために、水平方向レール１２６ａ，１２６ｂの一方又は両方は、標識マークを有するのがよく、これら標識マークはシャットルがこれらの上を通過している時にシャットルに設けられているセンサによって読み取られ、したがってシャットルはベイ内におけるその水平方向位置を知るようになる。かかる標識マークとしては、ＲＦエミッタ、光学的基準点及び機械的フラグが挙げられるが、これらには限定されない。ベイ内におけるグリッパの垂直方向位置を突き止めるために、グリッパはシャットルの駆動機構と協働して、グリッパが垂直方向レール１２２ａ，１２２ｂに沿って上又は下にどれほど移動したかを測定するサーボ機構を有するのがよい。当初、グリッパについて、ベイ内の既知の高さ位置にあるレール１２２ａ，１２２ｂ上のその上方又は最も下の位置を基準にするのがよい。しかる後、サーボ機構は、基準位置に対するシャットルの上方運動量及び下方運動量を識別してこれを測定することができる。当業者には理解されるように、他の公知の構成を用いてベイ内におけるグリッパのＸ−Ｚ位置を突き止めてもよい。
図６を参照すると最も良く分かると共に上述したように、棚１０６は、パネル１１４に取り付けられており、ツール１０２に隣接してこれから遠ざかって延びている。シャットル１１６は、ツールの前部から棚の長さよりも僅かに長い距離離れて位置した垂直方向レール１２６ａ，１２６ｂに取り付けられている。かくして、シャットル１６がツールベイに沿って並進すると、グリッパ１２０がシャットル１１６から遠ざかって棚のスペース内へ延びている状態で垂直方向レールは棚１０６及びポッド１０８の前を通る。かくして、本発明ではグリッパと棚がベイの壁に沿って同一深さを共有し、ポッドは同様にこの同一深さで移送される。これは、機構全体が棚及び／又は移送されるべき物品を貯蔵した瓶の前に配置されなければならない従来型自動化保管・取出しシステム（ＡＳＲＳ）及び自動化案内ビークル（ＡＧＶ）とは対照的である。
本発明の変形実施形態（図示せず）では、棚とシャットルの相対的位置は交換可能である。この実施形態では、パネル１１４は天井とフロアの両方又はいずれか一方から支持されるのがよく、棚１０６はパネルに取り付けられ、ツール１０２の方向に延びる。この実施形態におけるシャットル１１６を、グリッパ１２０がパネル１１４の方向に延びた状態でツール１０２に隣接して位置決めされる。棚及びシャットルの上述の配向状態の何れにおいても、本発明の好ましい実施形態は、棚及びシャットルを包囲する外側パネル１１５を更に有している。以下に説明するように、このバリヤは、ベイ内の作業者と本発明のシャットル及び棚との接触を防止する。パネル１１５は、ベイの頂部からグリッパの最も低い高さ位置まで（約１５００mm）延びている。パネル１１５はまた好ましくは、透明な材料、例えばプレキシグラスで作られ、したがってオペレータは、ポッドをＩ／Ｏポート又は棚上にその深さ位置で手作業で置きながらパネル１１５を通して見ることができるようになっている。
本発明の一実施形態では、シャットルは同一の水平方向レールに沿って動き、互いに交差することはない。しかしながら、図１３に示す本発明の実施形態では、シャットルは互いにすれ違うことができる。この実施形態では、第１のシャットル２５０はベイの壁に隣接したレール２５２ａ，２５２ｂに沿って動き、第２のシャットル２５４は、ベイの壁から離れて位置したレール２５６ａ，２５６ｂに沿って動く。支柱２５８が、ベイ壁に実質的に垂直な平面内に位置した状態で、ベイの天井に取り付けられると共にこれから下方に吊り下げられている。複数の棚２６０が、支柱の各側で支柱に取り付けられている。支柱は、シャットル２５０，２５４が水平方向に隣合った棚の列相互間で昇降することができるほど十分な距離互いに水平方向に間隔を置いた状態でベイに沿って設けられるのがよい。支柱の両側の棚は、図１３に示すように互いに整列してもよく、或いは互い違いになっていてもよい。棚２６０の列は、シャットル２５０，２５４相互間に位置している。シャットル２５０，２５４は各々、例えば図１１に示すグリッパ１２０と構造及び作用が同一のグリッパ２６２を有している。各シャットル２５０，２５４のグリッパは、棚２６０に向かって延びている。
図１３の実施形態では、シャットルは、図７及び図８に関連して説明したシャットル１１６と同一の仕方で垂直方向及び水平方向に並進するよう動作する。しかしながら、シャットル２５０，２５４は有利には、一方のシャットルは棚２６０の一方の側に、第２のシャットルは棚の他方の側に位置した状態で互いにすれ違うことができる。シャットル２５０，２５４は、ベイに沿って水平方向に並進するために、棚２６０の下に位置すると共にＩ／Ｏポート１０４の上に位置する水平方向スペース２６４内に位置決めされなければならない。このスペースは図１３において矢印Ａ−Ａで示されている。シャットルは、棚２６０の高さ位置にある限り、隣合うコラム相互間で水平方向に移動してシャットルのすぐ左側及び右側のコラムのポッドを入手できるに過ぎない。シャットルが互いにすれ違うためには、各シャットルのグリッパ２６２を互いに異なる高さ位置でスペース２６４内に配置しなければならない。さらに、各シャットルがポッド１０８を搬送している間にシャットル２５０，２５４の位置を切り替えることが望ましい場合、スペース２６４の高さが、グリッパ及びポッドの高さの２倍よりも僅かに大きくなければならない。
上述の実施形態のうち任意のもののポッドをツールベイに出し入れすると共にその周りに搬送する際、プロセスツールを遊ばせないようにしておくことが搬送システムの主要な目的である。従来型システムでは、ウェーハに対する処理を特定のポッド内で完了すると、搬送手段は、ポッドをツールポートから持ち上げ、これを移送し、新しいポッドを持ってきてこれをポート上に降ろして置く必要がある。プロセスツールは、このポッド切替え作業が行われている間は遊んだままになる場合がある。これは、ポッド内におけるウェーハの処理が完了するたびに生じ、そして、これはベイ内の各プロセスツールごとに生じる。
第１及び第２のシャットル（図４では１１６、図１３では２５０，２５４）をツールベイ１００の各側に設けることによりツールの空き時間を減少させることが本発明の特徴である。作用を説明すると、各プロセスツールにつき、特定のポッド内のウェーハについて処理が完了すると、シャットルうち一方はポッドをＩ／Ｏポートから取り出し、これに対し他方のシャットルは新しいポッドをＩ／Ｏポート上に置く。２つのシャットルは、タンデム状態で動き、したがって一方のシャットルは、第２のシャットルがＩ／Ｏポートから完成品としてのポッドを取り出す前であってもポッドをそのＩ／Ｏポートに向かって移動させているようになる。かくして、ベイ内における各プロセスツールの空き時間が最小限に抑えられる。ベイが多数の処理能力の高いツール及び／又は計測用ツールを有する場合、３以上のシャットル１１６をベイの一方の側又は両側に設けるのがよいことは理解されよう。さらに、本発明のシステムはたった１つのシャットル１１６を用いても動作できることは理解されよう。
本発明の好ましい実施形態では、ツールベイ１００の各側は、ベイ１００の両端部に位置していて、シャットル１１６をそれぞれ受け入れるシャットル保管又は貯蔵スペース１３９（図４）を有している。シャットル１１６のうち１つが点検整備中又は他の理由で使用されていない場合、これをその対応関係にあるシャットル保管スペース１３９に収納するのがよく、残りのシャットルは、オフライン状態にあるシャットルから邪魔されることなく、引続きポッドを通常の仕方でツールベイの周りに搬送することができる。
本発明のシャットルを用いると、極めて信頼性が高く且つ融通性のある搬送システムが得られる。例えば、シャットルを交換する場合、新しいシャットルは、この新しいシャットルを用いて動作するよう制御ソフトウェアを再構成する必要なく、制御ソフトウェアと連絡することができる。第２に、シャットルは自己較正式である。即ち、シャットルを、まず最初に、オンライン状態にすると、このシャットルは、ベイ内に置けるグリッパの垂直方向及び水平方向位置を決定することができる。これは種々の方法で達成できるが、一実施形態では、グリッパに関して上述したようにベイ内の既知の上方又は最も下方の位置を基準にしてグリッパの垂直方向位置を突き止めるのがよい。同様に、シャットルを水平方向レールの標識マークのうちの１つの上を通過させるのがよく、これら標識マークは、シャットルの水平方向位置を上述したようにシャットルのセンサに中継することができる。これらの特徴により、もし、シャットルが誤動作すると、これはシャットル保管スペース１３９内へ移動し、搬送経路から離れ、そして新しいシャットルがオンライン状態になるという点において、従来型搬送システムと比べて本発明の信頼性及び融通性が向上している。新しいシャットルは、オンライン状態になると、ほぼ即座に、ベイ内に置けるその位置を較正することができ、そして制御ソフトウェアと連絡してこれから制御信号を受け取ることができ、この場合新しいシャットルで動作するよう制御ソフトウェアを再構成する必要はない。かくして、作動の停止時間が最小限に抑えられ、搬送時における誤動作が生じた場合に従来技術で見受けられるポッドデリバリに関する問題が避けられる。
従来型ベイ間デリバリシステムの中には、ポッドをウェーハファブの一方の側を下って搬送し、ポッドをベイの一方の側からツールベイに配送するものがある。この種のシステムは、例えば従来技術を示す図１及び図５に示されている。かかるシステムの場合、ポッドをベイの一方の側から他方の側へ搬送するのにコンベヤが必要となる。図５は、この目的のためのコンベヤ２７０を更に示している。コンベヤ２７０は、ポッドをベイの一方の側のシャットルから受け取り、好ましくは、ポッドをその底部又は側部から把持し、そして、ポッドをベイの下方の側のシャットルに移送することができるベルト、車又は他形式の公知のコンベヤであるのがよい。当然のことながら、追加のインタフェースを設けてコンベヤ２７０が頂部把持式機構であるようにしてもよい。コンベヤ２７０はベイ１００の端に示されているが、かかるコンベヤはポッドをベイの一方の側から他方の側に移送するようベイ１００の長さ方向に沿う１又は２以上の位置に設けてもよいことは理解されよう。ポッドは、好ましくは、ベイの各側からベイ間搬送手段に戻される。他のウェーハファブは、ツールベイの両端を下って延びるベイ間デリベリシステムを有し、したがってポッドをベイの各端部からベイ間デリベリシステムに移送したりこれから移送することができるようになっている。かかる構成は、依然としてポッドをベイの一方の側からベイの長手方向に沿って他方の側へ移送する１又は２以上のコンベヤ２７０を利用することができる。
従来技術のハードウェアに関する問題のうち多くは、本発明の配送・一時収納・保管システムによって解決されることが理解されよう。第１に、上述したように、各ベイ内におけるストッカ及びローカルツールバッファと関連したスペース及び費用が節約できる。第２に、ツールは専用デリバリ機構を持たないので、本発明は、従来技術において見受けられるツールがポッドデリバリから切断され、そのツールにもっぱら用いられる搬送システムが誤動作を起こすと遊んだままになるという問題が生じない。第３に、ポッドを或るデリバリ機構から別のデリバリ機構に手渡しする場合に用いられるインタフェースの数が本発明のシャットルによって大幅に減じられ、それにより信頼性が大幅に向上すると共にポッドの取扱い上の誤りの恐れが最小限に抑えられる。第４に、従来型システムの各ツールは、各ツールがそれ自身の専用デリバリシステムを有し、専用ローカルツールバッファがこれらを必要とする各ツールについて設けられているので互いのツールから効果的に隔離されている。しかしながら、本発明は、各ツールが共通のデリバリシステムを共用し、各ツールが共通の保管システムを共用するのでプロセスツールの各々をベイ内にひとまとめに統合する。
本発明の別の特徴は、一貫生産型（統合型）ベイ内一時収納・配送・保管システムがスケーラブルである（規模やサイズを拡大縮小できる）ということである。即ち、棚１０６を含むパネル１１４の高さ及び長さ、半導体製造業者のツールベイの特定の寸法上の要件に応じて任意所望のサイズに合わせて構成できる。さらに、棚の位置はツールのＩ／Ｏポートの位置によって左右されないので、パネル１１４をベイ内のプロセスツールのレイアウトを知らなくても製作及び据付けが可能である。同様に、シャットル１１６は、あらゆるサイズのツールベイ内で役に立つことができる。ツールベイ周りのシャットルの移動は、材料制御ソフトウェアによって制御され、この材料制御ソフトウェアは、種々の寸法のツールベイの回りにおける移動を行うことができるようたやすく構成できる。
半導体製造装置材料協会（ＳＥＭＩ：セミ）によって定められた幾つかの基準は、ウェーハファブ内のオートメーションとファブ内における作業者との軋轢を回避することに関しており、即ち、自動化機械が作業者を潜在的に傷つけたり又は妨害する領域に係わっている。本発明は、棚及びシャットルがパネル１１５の後に作業者から離れて完全にツールベイ１００の壁に設置されている結果、作業者とオートメーションとの軋轢の発生の恐れを最小限に抑えている。本発明の装置と作業者が同一スペース内に集まる唯一の場所は、Ｉ／Ｏポートのところである。これは、従来型の自動保管・取出しシステム及び自動案内イークルとは対照的であり、かかるシステムは、これらシステムと作業者との接触の可能性が大きいので作業者が存在している場合に使用することが困難であり且つ危険である。
かくして、本発明を、シャットルがポッドをポッドの頂部から把持し、次に、ポッドをその底面から支持する棚の上に降ろして載置する一時収納・配送・保管システムとして説明した。しかしながら、本発明の変形実施形態では、棚及びグリッパの構成を逆にしてもよいことは理解されよう。即ち、シャットル１１６上の上述のグリッパ１２０に代えて、ポッドをベイ間デリベリシステムから受け取り、ポッドをその底部から支持する水平方向支持プラットホームを用いてもよい。この実施形態では、上述の棚に代えて図１１を参照して上述したグリッパ１２０と構成が類似した同じ数の把持機構を用いるのがよい。この実施形態では、シャットルは、ポッドを底部から支持されたベイ間デリベリシステムから受け取り、これらポッドを、ベイ全体を通じてベイの壁に設けられた把持機構に移送する。この変形実施形態では、ポッドを把持機構上に積み込んだり積み下ろすためにシャットル及び把持機構に関する支持プラットホームの相対的相互作用は、図４〜図１１に示す実施形態の棚及びグリッパのかかる相互作用と類似している。この実施形態についても、ポッドをシャットルの支持プラットホームからＩ／Ｏポート上に移送するための追加の機械的インタフェースが必要である。変形例として、作業者が、ポッドを手作業で支持プラットホームからＩ／Ｏポート上に移送してもよい。
別の変形実施形態では、シャットルは、ポッドの側部を把持してこのポッドを降ろして棚１０６上に載置できる把持機構を備えてもよく（図４〜図１１の実施形態の場合）、或いはシャットルを上記段落で説明した実施形態の把持機構内に設けてもよい。ポッドは従来通り、ポッドの側部に設けられてかかる側部把持機構を受け入れる戻止めを有するのがよい。
次に、図１２に示すフローチャートを参照して一貫生産型（統合型）ベイ内バッファ・デリベリ・ストッカシステムの作用及びソフトウェアによる制御について説明する。材料制御ソフトウェアは一般に、ファブ全体にわたるスケジューリングルーチン及びベイ内スケジューリングルーチンを含む。ファブ全体にわたるスケジューリングルーチンは全体としては、本発明の影響を受けない。ただし、従来型のファブ全体にわたるスケジューリングルーチンがポッドを特定のベイのストッカに移送するか、或いはポッドをベイ内搬送機構に直接移送できなければならず、そして一方の経路を他方と比較して選択する判定基準を提供しなければならないという点に鑑みて単純化される範囲については例外とする。本発明に用いられるファブ全体にわたるスケジューリングルーチンは、上述したようにベイ間デリベリシステムとシャットル１１６との間におけるポッドの移送を扱う必要があるに過ぎない。
ベイ内スケージュリングルーチンは、ベイ１００内における各処理ツールに対する本発明の搬送システムの動作状態を制御する。ベイ内の各ツールは、ベイ内スケージュリングルーチンに報告を出し、どれほどすぐにそのツール内で現在実行中の処理が完了するようになるかを指示する。このように、スケージュリングルーチンは、処理ツールのうちどれがその処理を完了しようとしているかについて計画し、そのツールの処理が完了する前であってもポッドをそのツールのＩ／Ｏポートから取り出し、そしてその代わりのポッドをＩ／Ｏポート上に置くようシャットルを位置決めできる。
図１２のフローチャートを参照すると、スケージュリングルーチンは、どのツールが特定のポッドからの一群のウェーハ（これは、通常「ウェーハロット」と呼ばれている）に対するその処理を完了しようとしているかを判定する。ルーチンがあるツールがウェーハロットに対するその処理をまさに完了しようとしていることを判定した場合、ルーチンは１つのシャットルをそのツールのＩ／Ｏポートに移動させ、処理済みのウェーハロットがそのポッドにいったん戻されると、これがステップ２０２においてポッドを運び去るようになっている。ルーチンはまたそれと同時に、第２のシャットルを移動させて、完了間近の処理に関してスケージュル設定されている次のポッドを取り出し、このスケージュル設定された次のポッドをその処理ツールのＩ／Ｏポートに隣接したところに移し、したがっていったん第１のシャットルが処理の完了したロット及びポッドをＩ／Ｏポートから運び去ると、これがＩ／Ｏポート上に位置するようになる。どのポッドが特定の処理ツールに関して次にスケジュール設定されているかどうかの判定基準について以下に説明する。
米国特許第５，１６６，８８４号、米国特許第４，９７４，１６６号及び米国特許第５，０９７，４２１号（これらは本発明の出願人に譲渡されている）は各々、いわゆる“ＳＭＡＲＴタグ”システムに関しており、かかるシステムでは、ウェーハロットをウェーハファブの周りの種々の位置で追跡し、どれどれの処理がそのロットに対して行わるかに関して制御が行われる。上述の３つの米国特許の開示内容全体を本明細書に援用する。特に、各ポッドは、ポッド内の特定のウェーハロット及びロットに対して行われるべき特定の処理を識別する情報を記憶した電子タグを有している。グリッパは、この情報をＳＭＡＲＴタグから取り出し、この情報をベイ内スケジューリングルーチンに連絡することができるセンサを含む。ＳＭＡＲＴタグシステムに代えて、或いは、これに加えて、バーコードリーダ又はＲＦ受信機をシャットル１１６に、例えばグリッパ１２０に設けるのがよい。かかる実施形態では、シャットル１１６が行に沿って水平方向に、且つ、或いは、列に沿って垂直方向に移動すると、バーコードリーダは、行、及び／又は、列内の各ポッドに付けられているバーコードを読み取り、或いは、ＲＦ受信機は、行及び／又は列内の各ポッドに付けられている標識情報を受信する。この情報を用いると、ポッドを追跡してどれどれの処理がポッドに対して行われるかを制御することができる。特定のウェーハロットに関する情報を記憶し、この情報を取り出して伝送する種々の他の手順又は方式を使用できることは理解されよう。例えば、本発明の変形実施形態では、ポッドは、ＳＭＡＲＴタグ、バーコード又は他の標識マークを含まなくてもよい。かかる実施形態では、特定のロットに関する識別情報を、ベイ間スケジューリングルーチン及びベイ内スケジューリングルーチン内に直接記憶させることができ、これらルーチンは任意の時点においてロットの既知の位置によってロットを識別する。
場合によっては、ポッド内のウェーハロットは、優先ロットとして指示される。種々の理由で、特定のロットに対する半導体処理シーケンスを短時間で完了させることが望ましい場合がある。したがって、特定の処理のＩ／Ｏポートがステップ２００でまもなく使える予定であるということがいったん判定されると、スケジューリングルーチンは次に、利用可能な処理ツールに関して優先ロットがスケジュール設定されているかどうかをステップ２０４で調べる。もしあれば、ステップ２０６において、優先ロットが第２のシャットルによって獲得され利用可能になっている処理ツール上にロードされる。ロットが優先的であることを指示する情報をポッドＳＭＡＲＴタグ内に含ませてもよく、バーコード又はＲＦ送信機で符号化してもよく、或いは他の幾つかの公知の標識方式によって指示してもよい。次に、スケジューリングルーチンはステップ２００に戻って次に利用可能な処理ツールがあるかどうかを調べる。
スケジューリングルーチンにより優先ロットがないことが判定されると、次に、ステップ２０８において利用可能なツールに関してスケジュール設定されたベイ内における通常のウェーハ製造ロットがあるかどうかを調べる。好ましい実施形態では、スケジューリングルーチンは、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）論理を利用し、したがって２以上の通常の製造ロットが特定のオープン処理に関してスケジュール設定されている場合、プログラムにより、シャットルは最長時間にわたってベイ内に保管されているロットを選択し、そしてそのロットをステップ２１０において処理ツール上に移す。ルーチンは次にステップ２００に戻り、次に利用可能な処理ツールがあるかどうかを調べる。
場合によっては、ロットは、ウェーハ上の種々のパラメータ、及び／又は、処理ツール内の種々のパラメータを検査する処理に送られる。これらのロットは、エンジニアリングロットと呼ばれている。変形例として、作業者は、スケジューリングルーチンを中断させて手動でポッドを取り出して特定のＩ／Ｏポート等に再配置することを望む場合がある。スケジューリングルーチンがステップ２０８においてすぐに利用できる処理ツールについてスケジュール設定された通常の製造ロットがないことを判定すると、ルーチンは次にステップ２１２においてエンジニアリングロット又は中断ロットがあるかどうかを調べる。もしあれば、ステップ２１４において、これらのロットをツール上に移送して、再びＦＩＦＯ論理を適用する。ロットはエンジニアリングロット又は中断ロットであることを指示する情報を、ポッドＳＭＡＲＴタグ内に含ませてもよく、バーコード又はＲＦ送信機で符号化してもよく、或いは、他の幾つかの公知の標識方式で指示してもよい。ルーチンは次にステップ２００に戻って次の利用可能なロットがあるかどうかを調べる。処理ツールが間もなく利用可能であり、ベイ１００内の利用可能な処理ツールに関してスケジュール設定された優先順位のない通常の製造ロット又はエンジニアリング／中断ロットがなければ、ベイ内スケジューリングルーチンは、ファブ全体にわたるスケジューリングルーチンで動作し、利用可能な処理ツールに関してスケジュール設定されたロットを獲得し、そのロットはステップ２１６において利用可能な処理ツールに移送される。
上述したように、ベイ１００内の処理ツールを遊ばせないようにしておくことが重要である。したがって、好ましい実施形態においてはベイ内スケジューリングルーチンの最も高い優先順位は、処理の完了時に、ポッドを素早く取り出し、これらをステップ２０２〜２１６においてツール上に戻すようにする。しかしながら、スケジューリングルーチンがまもなく（例えば、次の１、２分以内に）利用可能な処理ツールが無いことを判定した場合、ベイ内スケジューリングルーチンの次の優先順位で行われることは、より多くのポッドをベイ１００内へ移すことである。したがって、スケジューリングルーチンがステップ２００においてまもなく利用可能な処理ツールがないことを判定すると、ベイ内スケジューリングルーチンはシャットル１１６を差し向けて、ステップ２１８において新しいポッドをベイ間デリベリシステムから取り出し、そのポッドをステップ２２０において棚１０６上に保管する。ベイ内スケジューリングルーチンはポッドを載置状態で保管すべき棚、例えばポッドが次に移送されるべき処理に最も近い利用可能な棚を選択する種々の基準を用いることができる。ステップ２２１では、スケジューリングルーチンはまた、そのロットに関して行われるべき１又は複数の処理に関するロットのＳＭＡＲＴタグ、バーコード又はＲＦ送信機内に含まれる情報、ロットが優先ロットであるかエンジニアリング／中断ロットであるかどうか、ポッドが保管されている棚のアドレス及びポッドの保管時間を記憶する。この情報は、ポッドが利用可能な処理ツールに移送される優先順位を決定するのにステップ２０４〜２１２において用いられる。
ロットは特定のベイ１００内で単一の処理のみを受けることが可能である。しかしながら、場合によっては２以上の処理を同一のベイ内でウェーハロットに対して行われる。したがって、ロットに対する処理の完了時にロットを処理ツールからいったん取り出すと、ステップ２２２においてスケジューリングルーチンはロットがベイ内で追加の処理を受けるべきかどうかを調べる。もしそうであれば、ロットはステップ２２０において保管棚１０６に戻され、もしその特定のベイ内においてそのロットに対して行われるべき追加の処理がなければ、ステップ２２４においてポッドは好ましくはベイ間デリベリシステムに戻される。有利には、ポッドをポート上に移動させるステップ２０４〜２１６は、ポッドをポートから取り出してこれを別の保管棚に再配置するか、或いはベイ間デリベリシステムに戻すステップ２０２，２２２，２２４と同時に行われる。これは、タンデム状態で一緒に動作する２つのシャットルによって達成される。
従来技術のソフトウエア制御に関する問題の多くは、本発明の配送・一時収納・保管システムにより解決されることは理解されよう。第１に、ソフトウエア制御は、ストッカ、ローカルツールバッファ及び各ツールについての多数の搬送機構及びインタフェースのための別々の制御が本発明では不要なので従来技術のシステムと比べて構成が大幅に簡単になる。第２に、ツールがもし誤動作し、又はオフライン化してもスケジューリングルーチンはそのツールをスケジュールから外すだけである。ポッドをローカルツールバッファから送りなおし又は取り出すのに複雑精巧なアルゴリズムは不要である。第３に、一搬送機構がポッドを別の搬送機構に渡すところで用いられるインタフェースの数は本発明では大幅に少なくなっているので、従来技術における各インタフェースのところでのそれぞれの搬送機構の合致のタイミングに関する問題が大幅に軽減される。
当業者であれば理解できるように、図１２に示すと共に上述した動作原理のシステムは、本発明の一貫生産型（統合型）ベイ内一時収納・配送・保管システムの制御に関する多くの実施形態の一つに過ぎない。システムの動作状態を判定するための上記基準に加えて、或いはこれに代えて幾つかの他の優先手順及び不測事態の際の手順をルーチンに組み込んでもよい。さらに、上記システムは、プル方式のシステム（pull based system）である。即ち、アルゴリズムは、ベイ内のプロセスツールが開いているかどうかに関心を注ぎ、もし開いていれば、ポッドを利用可能なツールに移送し、又は引っ張ってくる。別法として、本発明ではプッシュ方式のシステム（push based system）を使用できることは理解されよう。かかるシステムは、ウェーハのロット、特にウェーハロットのためのスケジュール設定済の処理シーケンスに関心を注ぐ。一つのスケジュール設定された処理が完了すると、ロットを次のスケジュール設定されている処理に移送し、又は押し出す。これはファブ全体にわたるスケジューリングルーチンによって達成できる。
シャットルは、シャットルがベイを通って移動しているときにポッドの位置を検知する種々の位置センサ（図示せず）を更に有するのがよい。当業者には理解されるように、かかるセンサは、ポッドが棚の上に正しく載置されるようにするために使用できる。センサシステムは、種々の検知システム、例えば光学的ビーム遮断又は反射センサ、ＩＲセンサ、レーザ又はビデオカメラ、例えば電荷結合ディスプレイ（ＣＣＤ）カメラのうち任意のものであるのがよい。
本発明を細部にわたって説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されないことは理解されるべきである。当業者であれば、請求の範囲に記載された本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、開示した実施形態に対する種々の改造例、置換例及び設計変更例を想到できる。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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