半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬运系统

摘要

本发明涉及半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬运系统。这种高效自动物料搬动系统(AMHS)允许空中升降机直接从包括在该系统中的在制品(WIP)存储单元装载/卸载WIP部件。AMHS包括空中升降机输送子系统和包括多个储料箱的竖直传送带储料器。空中升降机输送子系统包括沿着形成预定路径的悬空轨行驶的空中升降机输送车。预定路径通过竖直传送带储烊器，其允许空中升降机从选择的储料箱直接拾取WIP部件。包含需要的WIP部件组的选择的传送带储料箱被安置在竖直传送带储料器的顶部，位于悬空轨的正下方。空中升降机输送车沿悬空轨运动到大致位于选择的储料箱正上方的位置。然后空中升降机朝选择的储料箱下降。最后操作空中升降机以直接从储料箱拾取需要的在制品组，或将在制品组放入传送带储料箱中。

权利要求

1.一种用于搬运物料的平移升降机系统(800)，其包括：用于直接拾取或放置物料的空中升降机输送子系统(804)和加工工具装载口(899)，所述空中升降机输送子系统(804)包括：悬空轨(808)和设计成在所述悬空轨上行驶的空中升降机输送车(805)，所述空中升降机输送车(805)包括空中升降机(831)，所述空中升降机(831)具有平移台(833)和安装在所述平移台上的用于拾取物料的空中抓取器(835)，其特征在于，所述平移台(833)能够水平地和竖直地运动。

2.根据权利要求1所述的平移升降机系统(800)，其中，所述平移台(833)被设计成使得所述空中升降机(831)能够拾取物料到所述空中升降机输送车(805)的任一侧。

3.根据权利要求2所述的平移升降机系统(800)，其中，所述空中升降机输送车(805)能够延伸到所述悬空轨(808)下方约0.9米处。

4.根据权利要求1或2所述的平移升降机系统(800)，其中，所述升降机输送车(805)被安置在物料底部所处的平面的上方约0.35米处。

说明书

半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬

运系统

[0001] 分案申请

[0002] 本申请是03814475.1号专利申请(PCT/US2003/008528)的分案申请。03814475.1号专利申请的申请日为2003年3月20日，发明名称为“半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬运系统”。

[0003] 相关专利申请

[0004] 本申请要求2002年6月19日提交的申请号为60/389,993的美国临时专利申请“半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬运系统”以及2002年10月11日提交的申请号为60/417,993的美国临时专利申请“使用运动托架或平移升降台的移动型零占地存储(ZFS)”的优先权。

技术领域

[0005] 本发明总体上涉及自动物料搬运系统(AMHS)，尤其涉及一种允许空中升降机直接从在制品(WIP)存储单元拾取WIP部件，从而增加整个物料搬运系统的效率。 背景技术

[0006] 自动物料搬运系统是已知的，其在产品制造环境中应用WIP存储单元和空中升降机存放WIP部件，并在各工位和/或加工机器之间传输。例如，这样的自动物料搬运系统(AMHS)通常在制造集成电路(IC)芯片中应用。IC芯片的典型制造工艺包括多个步骤，其中包括沉积、清洗、离子注入、蚀刻以及钝化。此外，IC芯片制造工艺的这些步骤中的每一个通常由不同的加工机器执行，例如化学气相沉积室、离子注入室或蚀刻器。因此，WIP部件例如半导体晶片通常在不同的工位 和/或加工机器之间被传输多次，以执行制造IC芯片所需的各工艺步骤。

[0007] 制造IC芯片的一种传统的AMHS包括多个用于存放半导体晶片的WIP存储单元(也称为储料器)，和一个或多个空中升降机输送车，用于在IC芯片制造场地上在各工位和加工机器之间输送晶片。存放在在制品储料器中的半导体晶片通常被装入盒式容器例如前开口统一容器(FOUP)，随后它们被传递到在悬垂轨上行进的空中升降机输送车。在传统的AMHS中，每个储料器通常具有多个活动输入/输出口，它们与一个内部机械手(其可以具有三个或更多的运动轴线)结合以将FOUP装入储料器或将FOUP从储料器上卸载。FOUP被空中升降机从输入口/输出口拾取以及放置到输入口/输出口。

[0008] 传统的AMHS的一个缺点是整个系统的效率受到机械手在WIP储料器的活动输入口/输出口处拾取FOUP所需的时间限制。由于半导体晶片本身通常很精密，所以通常对机械手的加速度有严格限制。为此，使FOUP移动到储料器的输入口/输出口和从储料器的输入口/输出口运动通常需要最小的时间量。该最小运动时间通常决定储料器的产量，其表示支持所需IC芯片产品水平所需要的储料器数量，以及AMHS的总体成本。尽管通过增加每个储料器上的活动输入口/输出口的数量，以及通过使空中升降机输送车同时到达多个输入口/输出口可以提高AMHS的材料搬运效率，但设置附加的输入口/输出口会明显增加储料器的成本。

[0009] 另外，储料器中三轴或更多轴的内部机器人与分别具有1-3个运动轴线的若干输入口/输出口相结合，这意味着通常的储料器可以具有5-16个轴线的运动。这是非常复杂的，且可靠性低，存放材料的成本高。

[0010] 因此，希望具有一种AMHS，其能够提供材料搬运的效率，并能 克服传统AMHS的缺点。

发明内容

[0011] 本发明提供了一种高效的AMHS，其允许空中升降机直接从一个或多个包括在该系统中的WIP存储单元装载/卸载WIP部件。

[0012] 在一个实施例中，改进的AMHS包括一个空中升降机输送子系统以及至少一个包括多个储料箱的竖直传送带WIP存储单元(储料器)。所述空中升降机输送子系统包括至少一个设计成沿着形成至少一个预定路径的悬空轨行驶的空中升降机输送车。预定路径通过竖直传送带储料器，其设计成允许空中升降机从多个储料箱中所选择的一个上直接拾取一个或多个WIP部件。在第一个实施例中，包含所需要的WIP部件组的所选择的传送带储料箱被安置在竖直传送带储料器的顶部，大致位于悬空轨的正下方。于是，所述空中升降机输送车沿悬空轨运动到大致位于所选择的储料箱正上方的位置。然后，空中升降机朝所选择的储料箱下降。最后，操作空中升降机以直接从储料箱拾取所需要的在制品组，或将一个或多个在制品组放入传送带储料箱中。

[0013] 在第二实施例中，由悬空轨形成的预定路径平行通过竖直传送带WIP储料器，其被设计成允许空中升降机直接从其中一个传送带储料箱拾取一个或多个WIP部件。该AMHS还包括抽取机构，其与所述竖直传送带储料器结合工作，以相对于所述轨道恰当地安置包含有所需要的在制品组的所选择的传送带储料箱。例如，所述抽取机构可以被设计成使所选择的传送带储料箱(例如活动托架)沿着单伺服控制轴线从靠近轨道的第一位置运动到大致位于轨道正下方的第二位置。在第二实施例中，空中升降机输送车沿着运动到第二位置的大致正上方的位置。然后，空中升降机朝第二位置下降。在一替代性实施例中，所选择的传送带储料箱包括位于轨道侧面的托架，并且空中升降机被安装到平移台上以将一个或多个在制品组拾取和放置到位于空中升降机输送车侧面的托架上。最后，操作空中升降机直接从所选择的储料箱 拾取所需要的在制品组，或将一个或多个在制品组放在所选择的储料箱中。

[0014] 通过设计AMHS使其允许空中升降机从各储料箱上方的位置直接装载WIP部件到传送带储料箱或从传送带储料箱卸载，可以使AMHS操作的效率更高。

[0015] 通过下面对本发明的详细描述，本发明的其它特征、功能和情况将更加清楚。 附图说明

[0016] 通过结合附图对本发明的详细描述，本发明将更加清楚。

[0017] 图1是传统的AMHS的透视图。

[0018] 图2是本发明的AMHS的第一个实施例的简图。

[0019] 图3是图2所示AMHS的第二实施例的简图。

[0020] 图4是图2所示AMHS的第三实施例的简图。

[0021] 图5a-5b是本发明平移升降机输送车到达固定存放位置简图。

[0022] 图6是图5a-5b所示的输送升降机输送车到达运输器上的物料的简图。 [0023] 图7是图2所示AMHS的操作方法的流程图。

具体实施方式

[0024] 2002年6月19日提交的申请号为60/389,993的美国临时专利申请“半导体制造用竖直传送带与空中升降机组合式自动物料搬运系统”以及2002年10月11日提交的申请号为60/417,993的美国临时专利申请“使用运动托架或平移升降台的移动型零占地存储(ZFS)”结合在此引作参考。

[0025] 本发明公开了一种AMHS，其能提高将WIP部件装入WIP存储单元或将WIP部件从WIP存储单元上卸载的效率。本发明公开的AMHS 通过利用位于各储料箱上方的空中升降机允许在竖直传送带WIP存储单元中实现储料箱的顶装载/卸载，从而提高物料搬运效率。 [0026] 图1描述了传统的AMHS100，其可以应用在产品制造环境例如用于制造IC芯片的清洁环境中自动存放以及在各工位和/或加工机器之间输送WIP部件。如图1所示，传统的AMHS100包括WIP存储单元(储料器)102和空中升降机输送子系统104。WIP储料器102包括输入口和输出口111-112，空中升降机输送子系统104包括悬空轨108和多个在悬空轨108上行驶的空中升降机输送车105-106。在典型操作模式中，WIP部件被放在盒式容器110例如FOUP中输送。第一空中升降机输送车105沿悬空轨108行驶，并停在适于将FOUP110卸载到输入口111的位置或从储料器102的输出口112装入另一FOUP的位置。而且，第二空中升降机输送车106在悬空轨108上待命，直到第一空中升降机输送车105完成卸载或装载FOUP并移出轨道。

[0027] 在传统的AMHS100中，FOUP被从空中升降机卸载到输入口111，或被从输出口112装入升降机，或者由机械手107在储料器102中拾取，机械手107可以设置多达3个或更多的运动轴线。另外，从储料器102中拾取FOUP所需的最小时间量通常决定储料器的搬运量，它是指支持所希望的生产量水平所需的储料器的数量。因此，用于拾取FOUP的多轴机械手107的复杂运动会使最小运动时间增加，从而增加AMHS100中所需的储料器的数量和物料搬运系统的总体成本。

[0028] 图2示出根据本发明的一个自动物料搬运系统(AMHS)200的实施例。在所示实施例中，AMHS200包括空中升降机输送子系统204，以及至少一个竖直传送带WIP存储单元(储料器)202，储料器202包括多个储料箱例如传送带储料箱203。竖直传送带WIP存储单元202设计成允许空中升降机输送子系统204中的空中升降机可以直接从选中的一个传送带储料箱中拾取WIP部件。

[0029] 需要注意，与传统的AMHS100相同，图2中的AMHS200可以应用于制造IC芯片的清洁环境中，例如200mm或300mm的晶片厂，或者其它任何适合的产品制造环境。如图2所示，IC芯片制造环境包括第一和第二地板220和226以及天花板214。第一地板220通常包括由加强混凝土形成的格子板，第二地板226包括位于格子板220上方的垫层地板。竖直传送带储料器202安置在格子板220上。另外，用于执行制造IC芯片的各加工步骤的工位和/或加工机器(未示出)被安置在垫层地板226上，地板226通常覆盖有不导电材料并被设计成满足特殊载荷和地震要求。例如，垫层地板226可以位于格子板220上方一定距离228(大约0.6米)处，以及位于天花板214下方一定距离224(大于或等于约4.15米)处。

[0030] 在该公开的实施例中，竖直传送带储料器202包括机架252和位于机架内的第一和第二滑轮250-251和传送带254。如图2所示，传送带储料箱(例如储料箱203)沿着传送带254在各间隔开的位置连接到该传送带上，传送带254在第一和第二滑轮250-251之间形成回路，从而通过驱动其中一个滑轮250-251允许储料箱沿着传送带路径可旋转安置。例如，竖直传送带储料器202的高度可以是由附图标记218表示的高度(大约3.85米)。
因此，竖直传送带储料器202的顶部可以在垫层地板226上方一定距离216(大约3.25米)处。

[0031] 如上所述，竖直传送带储料器202被设计成允许空中升降机直接从其中一个传送带储料箱中拾取WIP部件，例如半导体晶片。在示出的实施例中，储料器机架252靠近天花板214的部分至少部分打开以便允许顶装载/卸载所选择的传送带储料箱。另外，每个传送带储料箱包括一固定托架，半导体晶片被装入安置在托架203上的盒式容器例如FOUP210中。例如，每个FOUP210可以放置一个或多个半导体晶片组，因此允许空中升降机同时在单个传送带储料箱中拾取多个晶片组。

[0032] 空中升降机输送子系统204包括悬空轨208和至少一个在悬空轨208上行驶的空中升降机输送车205。悬空轨208形成至少一个通过竖直传送带储料器202的预定路径，从而允许空中升降机输送车205直接从一个近似位于储料器202顶部的传送带储料箱中拾取FOUP。例如，空中升降机输送车205可以从天花板214延伸出一定距离222(大约9米)。 [0033] 在一个示例性操作模式中，所选择的传送带储料箱，例如装有FOUP210的储料箱203，被大致安置在竖直传送带储料箱202的顶部、轨道208的下方。然后，空中升降机输送车205沿轨208运动到基本位于储料箱203正上方的位置。然后，空中升降机从空中升降机输送车205朝向储料箱203下降通过储料器机架252上的开口。例如，空中升降机可以沿平行于储料器纵向轴线L1的方向下降。接着，操作空中升降机使其直接从储料箱203中拾取FOUP210并随后将其输送到IC芯片制造场地上的一个工位或加工机器处。可以理解，也可以操作空中升降机将FOUP放到传送带储料箱203中。

[0034] 图3描述了AMHS200(见图2)的一个替代性实施例300。如图3所示，AMHS300包括空中升降机输送系统304和至少一个竖直传送带WIP储料器302，储料器302包括多个储料箱例如滑动安装的储料箱332。与竖直传送带储料器202类似，竖直传送带储料器302设计成允许空中升降机输送系统304中的空中升降机直接从所选择的传送带储料箱中拾取WIP部件，例如半导体晶片。

[0035] 特别地，AMHS300可以被应用在包括有天花板314、格子板320和位于格子板320上方的垫层地板326的IC芯片制造环境中。如图3所示，竖直传送带储料器302被安置在格子板320上。例如，垫层地板326可以位于格子板320上方一定距离328(大约0.6米)，也可以位于天花板314下方一定距离324(大于大约5.4米)。另外，竖直传送带储料器302包括机架352，第一和第二滑轮350-351以及安置在机架352

[0036] 如上所述，竖直传送带储料器302被设计成允许空中升降机直接从其中一个传送带储料箱拾取半导体晶片。在所示实施例中，机架352的至少一侧被至少部分打开以允许将所选择的储料箱从机架352中抽出，并允许通过空中升降机进行所选择的传送带储料箱的顶装载/卸载。特别地，AMHS300还包括至少一个抽取机构330，其用于从储料器302中抽出半导体晶片，并相对于包括在空中升降机输送子系统304中的悬空轨308适当地安置物料。请注意，每个储料箱可以包括活动托架或固定托架。另外，半导体晶片被装入安置在托架332上的盒式容器例如FOUP310中。

[0037] 空中升降机输送子系统304包括悬空轨308和至少一个设计成在悬空轨308上行驶的空中升降机输送车305。悬空轨308形成至少一个平行通过竖直传送带储料器302的预定路径，从而允许空中升降机输送车305直接从所选择的一个滑动安装的储料箱中拾取FOUP。

[0038] 在一个示例性的操作方式中，所选择的容纳有FOUP310的储料箱例如储料箱332被安置成允许抽取机构330从储料器302中抽出储料箱332，以及将储料箱332安置在悬空轨308的正下方。请注意，抽取机构330可以与储料器302组合在一起，并设计成使储料箱332沿单伺服控制轴线398移动。然后，空中升降机输送车305沿悬空轨308运动到位于抽出的储料箱332正上方的位置。接着，空中升降机从空中升降机输送车305朝储料箱332下降，例如沿平行于储料器纵向轴线L2方向。然后，操作空中升降机直接从储料箱332中拾取FOUP310并随后输送到IC芯片制造场地上的工位或加工机器。可以理解，也可以操作空中升降机以将FOUP放入传送带储料箱332中。

[0039] 图4描述了AMHS300(见图3)的一个详细的实施例400。在所示实施例中，AMHS400包括空中升降机输送系统404和一个竖直传送带储料器402。空中升降机输送子系统404包括悬空轨408和设计成在悬空轨408上行驶的空中升降机输送车405。例如，空中升降机输送车405可以从悬空轨408延伸出一定距离436(大约0.9米)。竖直传送带储料器402包括多个安置在储料器机架中的传送带储料箱例如储料箱432。例如，储料箱432可以在凸起的IC芯片制造场地上方一定距离438(大约2.6米)处。

[0040] 如上所述，从储料器机架中抽出FOUP410，以允许随后进行所选择的传送带储料箱的顶装载/卸载。空中升降机输送车405还包括具有抓取器430的空中升降机，该抓取器被设计成将FOUP410从储料箱432顶装载或卸载到储料箱432中。在优选实施例中，升降机抓取器430被安装在平移台上，以便空中升降机拾取/放置盒式容器到空中升降机输送车405的任一侧。

[0041] 图5a-5b示出了到达固定存放位置的平移升降机子系统704，在所示实施例中，平移升降机子系统704包括悬空轨708和设计成在该悬空轨上行驶的空中升降机输送车705。空中升降机输送车705被设计成拾取/放置FOUP710到固定位置732。例如，空中升降机输送车705可以延伸到天花板714下方一定距离736(大约0.9米)处，并且存放位置可以位于凸起的IC芯片制造场地的上方一定距离738(大约2.6米)处。另外，天花板714可以在垫层地板上方一定距离790(大约3.66米)处。

[0042] 空中升降机输送车705被设计成拾取(和放置)FOUP710到悬空轨708正下方的位置。为此，空中升降机输送车705包括安装到平移台上的升降机抓取器731，其被设计成从空中升降机输送车705延伸出来，拾取FOUP710，并返回空中升降机输送车705，从而使FOUP710移动到空中升降机输送车705内(见图5b)。在优选实施例中，平移台被设计成使空中升降机拾取/放置盒式容器到空中升降机输送车705的任一侧。当FOUP710被升降机抓取器730夹持时，空中升降机输送车705将其输送到IC芯片制造场地上的工位或加工机器。

[0043] 图6示出拾取被存放在运输器895上或在运输器895上运动的物料的平移升降机系统800。特别地，空中升降机输送子系统804被用于直接拾取或放置FOUP810到基于轨道的空中运输器895。在所示实施例中，空中升降机输送子系统804包括悬空轨808和设计成在该悬空轨上行驶的空中升降机输送车805。例如，空中升降机输送车805可以延伸到悬空轨808下方一定距离836(大约0.9米)处，并被安置在基于轨道的运输器895上方一定距离892(大约0.35米)处。另外，空中轨道898可以在凸起的IC制造场地上方一定距离838(大约2.6米)处。可以理解，轨道898沿垂直于图面方向延伸。平移升降机系统800还包括加工工具装载口899。

[0044] 空中升降机输送车805可以用于执行基于轨道的运输器895的顶装载/卸载。为此，空中升降机输送车805包括具有空中抓取器835的空中升降机831，空中抓取器835被安装在允许水平和竖直运动的平移台833上，分别由方向箭头870和871表示。在所示操作方式中，使基于轨道的运输器895运动从而FOUP810被安置在空中升降机831的正下方。然后，空中抓取器835通过平移台833朝向FOUP810下降，并被操作直接从运输器895拾取FOUP810。接着，携带FOUP810的升降机抓取器835升起，并经由平移台833收回，从而使FOUP810移动到空中升降机输送车805内。然后，空中升降机输送车805输送FOUP810到IC芯片制造场地上的工位或加工机器。

[0045] 下面参考图7描述AMHS的操作方法。如步骤902所述，所选择的包含FOUP的储料箱被安置在竖直传送带储料器内，以便由空中升降机拾取。例如，所选择的传送带储料箱可以被安置在竖直传送带储 料器的顶部或侧面(见图2-3)。然后，空中升降机输送车沿着轨道运动到靠近所选择的储料箱的位置，如步骤904所示。如果所选择的储料箱被安置在储料器的顶部，则空中升降机输送车位于储料箱的上方。如果所选择的储料箱被安置在储料器的侧面，则空中升降机输送车位于储料箱的侧面。然后，空中升降机从输送车延伸出来并下降，使空中抓取器能够接触到所选择的储料箱中的FOUP，如步骤906所示。接着，操作空中抓取器以直接从储料箱中拾取FOUP，如步骤908所示。然后，空中升降机升起并收回以使FOUP移动到空中升降机输送车内，如步骤910所示。这样，FOUP被从所选择的储料箱顶部装入到空中升降机输送车。最后，空中升降机输送车输送FOUP到生产制造场地上的工位或加工机器，如步骤912所示。

[0046] 进一步可以理解，在不脱离本发明精神的情况下，本领域普通技术人员可以对上述AMHS进行各种修改和变化。因此，本发明由所附权利要求的精神和范围限定。