JP7082575B2 - 施設モニタリング及び制御のためのリアルタイム移動式キャリアシステム - Google Patents

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１７年４月２５日に出願された米国特許出願第１５／４９６，４６１号、及び２０１６年４月２９日に出願された米国仮特許出願第６２／３２９，８１０号の特許協力条約（ＰＣＴ）第８条に基づく優先権を主張するものである。

開示する実施形態は、一般に施設モニタリング(facility monitoring)に関し、具体的には、限定するわけではないが、施設モニタリング及び制御のためのリアルタイム移動式キャリアシステムに関する。

企業又は工場の内部モニタリングシステムは、一般に大型の定置式機械及び検出システムであり、このため検出範囲がこれらの位置の直近の周囲領域に限られる。これらの検出器の多くは、大型施設を十分にカバーするために必要とされるが、高価であるとともに、他の設備が必要とする又は他の設備のために使用した方が良い可能性がある床面積を占有してしまう。

以下、別途規定しない限り様々な図全体を通じて同じ要素を同じ参照符号によって示す以下の図を参照しながら、本発明の非限定的かつ非包括的な実施形態について説明する。

半導体製造施設をモニタするための移動式キャリアシステムの実施形態の図面である。 半導体製造施設をモニタするための移動式キャリアシステムの実施形態の図面である。 移動式キャリアを用いたモニタリングシステムの実施形態の図面である。 センサ又は収集システムを含んでいない空の移動式キャリアの実施形態の３次元図である。 １又は２以上の温度モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の温度モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の温度モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の気流モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の湿度、酸素、水及び／又は温度モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の振動モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の粒子モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上のモニタリングカメラを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 物理的特性をモニタするための１又は２以上のセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の位置モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の内部位置モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 １又は２以上の内部位置モニタリングセンサを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 試料収集システムを含む移動式キャリアの実施形態のブロック図である。 試料収集システムを含む移動式キャリアの別の実施形態のブロック図である。 複数の移動式キャリアシステムを用いてモニタリングを行う実施形態の図面である。

移動式キャリア(mobile carriers)を用いたリアルタイムな施設モニタリング及び制御のための装置、システム及び方法の実施形態について説明する。実施形態を理解できるように具体的な詳細について説明するが、当業者であれば、説明する詳細のうちの１つ又は２つ以上を伴わずに、又は他の方法、コンポーネント、材料などを用いて本発明を実施することもできると認識するであろう。場合によっては、周知の構造、材料又は動作について詳細に図示又は説明していないこともあるが、このような構造、材料又は動作も本発明の範囲に含まれる。

本明細書全体を通じて、「１つの実施形態(one embodiment)」又は「ある実施形態(an embodiment)」との言及は、説明する特徴、構造又は特性を少なくとも１つの説明する実施形態に含めることができることを意味する。このため、「１つの実施形態では(in one embodiment)」又は「ある実施形態では(in an embodiment)」との表現が出現しても、必ずしもこれらが全て同じ実施形態を参照するとは限らない。さらに、このような特定の特徴、構造又は特性は、１又は２以上の実施形態においてあらゆる好適な形で組み合わせることもできる。

以下、複数の検出システムを備えた工場内部モニタリングシステムにおいて使用できる移動式キャリアシステムの実施形態を開示する。開示する実施形態は、検出範囲を拡大して自動化用途を増やす。また、いくつかの実施形態では、移動式キャリアシステムを、集中制御方法、データ伝送方法、充電方法及びモジュラー交換方法を提供するスマートステーションと併用することができる。スマートステーションは、移動式キャリアシステムの有用性を高め、さらに多くの検出項目又は検出システムを含む。

移動式キャリアシステムの実施形態は、検出システム、及び／又は電力システム、及び／又は無線又は有線通信伝送システム、及び／又は一連のモジュラー入力及び出力接続システムを含むことができる。スマートステーションの実施形態は、一連のモジュラー入力及び出力接続システム、及び／又は電源システム、及び／又は無線又は有線通信伝送システム、及び／又はステーションオペレーティングシステム、及び／又は一連の検出システムを含むことができる。

移動式キャリアシステムの実施形態は、複数の検出システムと共に使用することができる。１つの実施形態では、移動式キャリアシステムが、伝送路又は伝送軌道に沿って異なる位置に移動して特定の測定点データを獲得する。移動式キャリアシステムは、特定の位置に移動し、移動式キャリアの検出システムを設備に引き渡して、検出システムが設備の測定を行うようにすることもできる。また、移動式キャリアシステムの実施形態は、特定の位置に移動し、キャリアの内部又は外部からキャリアシステム内にデータ又は検体などの資料を収集して、検体を測定のために特定の分析機械に搬送することもできる。

移動式キャリアシステムの実施形態は、自己構築型（すなわち、内蔵又は自給式）電力システムを用いて動作することができる。自己構築型電力システムを充電する必要がある時には、キャリアシステムがスマートベースステーションに移動し、ベースステーションが電力供給及び充電を行うことができる。移動式キャリアシステムの実施形態は、データ又は制御メッセージをデータ分析及び処理のために集中制御システムに送信できる無線又は有線通信伝送システムによって検出及び制御を行う。集中制御システムからの出力は、システム管理者又はユーザに提供することができ、これらの人物は、統合情報を使用して対応する方法又は戦略を決定することができる。

移動式キャリアシステムの実施形態とスマートステーションの実施形態は、モジュラー入力／出力（Ｉ／Ｏ）結合システムによって接続することができる。Ｉ／Ｏ結合システムの全てのモジュラー結合部は、イーサネット(登録商標)や、スマートベースステーションと移動式キャリアとの間で検体又はガス試料を移送できるようにする１又は２以上のチューブなどの異なるＩ／Ｏ機能を提供する。モジュラーＩ／Ｏ結合システムは、便利な交換を提供し、設計変更時間を短縮し、ユーザが独自のシステムを素早く設計するのに役立つこともできる。スマートベースステーションは、複数の検出システム（下記を参照）と一体化することができる。移動式キャリアシステムから搬送された検体は、スマートステーション内の設備によって検出することができる。

図１Ａ及び図１Ｂに、製造施設１００をモニタする移動式キャリアシステムの実施形態を示す。製造ライン１００は、例えば半導体製造において使用することができるが、他の実施形態では他の目的で図示の設備とは異なる設備と共に使用することもできる。

図１Ａには、製造ライン１００の全体的レイアウトを示す。製造ライン１００は、建物、建物内の部屋又は区画、又は他の何らかのタイプのエンクロージャとすることができるエンクロージャ１０２内に位置する。エンクロージャ１０２内には、１又は２以上の工程設備モジュール１０４が位置する。各工程設備モジュール１０４は、ロードポートを含むとともに１又は２以上のチャンバを含むことができ、各チャンバは、その特定の工程設備モジュール１０４が実施する製造手順に関連する異なる機能を実行する。

一般に、製造工程は多くの手順を含み、各工程設備モジュールは、全体的な製造工程における手順の一部のみを実行する。この結果、製造ライン１００上で製造されている製品(items being manufactured)（半導体製造施設では、プロセッサ、メモリ、ＭＥＭＳチップ、光学チップなどを含む半導体ウェハ）は、その工程の全ての手順が行われるまで１つの工程設備モジュールから別の工程設備モジュールに移動しなければならない。軌道１１０は、施設１０２内を蛇行して進んで移動式キャリア１０６（したがって移動式キャリア内で搬送される製造されている製品）（図１Ｂを参照）を複数の工程設備モジュールに搬送し、図示の実施形態は、Ｐ１～Ｐ７で表す７つの工程設備モジュール１０４を有するが、他の実施形態は異なる数を有することができる。輸送システムは、製造されている製品が特定のエンクロージャ１０２内の全ての工程設備モジュール１０４を通過した後に可動キャリアと共にエンクロージャ１０２から出る。

図１Ｂには、製造ライン１００をモニタする移動式キャリアシステム１５０の実施形態を示す。製造されている製品は、しばしば密閉されたミクロ環境である内部に当該製造されている製品を含めて搬送する移動式キャリア１０８を用いて工場内を動き回る。移動式キャリアモニタリングシステムは、製造されている製品を搬送するために使用されるものと同じ移動式キャリア１０８を用いて、製造施設内の状態をモニタするために使用できるセンサ、分析器及び試料採取装置(sampling devices)も搬送する。異なる実施形態では、移動式キャリア１０８が、センサ及び／又は試料採取装置のみを搬送することも、或いは製造されている製品とセンサ及び／又は試料採取装置の両方を搬送することもできる。図示のような半導体施設の実施形態では、移動式キャリア１０８が、半導体ウェハの搬送に使用されるという理由でフープ（Ｆｒｏｎｔ－Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄｓ：ＦＯＵＰｓ）、ウェハコンテナ又は基板コンテナと呼ばれる。しかしながら、他の実施形態では、他のタイプの可動キャリアを使用することもできる。

輸送システムは、各可動キャリア内で搬送される製品に異なる製造手順が行われるように、各移動式キャリア１０８を製造施設の１つの工程設備モジュール１０４のロードポートから別の工程設備モジュールのロードポートに搬送して回る。図示の実施形態では、輸送システムが、天井軌道式吊り上げシステム(overhead track-and-hoist system)である。軌道１１０に沿って、車輪付きの電動式キャリッジ１１２が動く。各車輪付きキャリッジ１１２には、移動式キャリア１０８をｚ方向に持ち上げるとともに、複数のキャリアを収容できるロードポート上に配置できるように移動式キャリア１０８をｙ方向に（すなわち、ページの内外に）動かすこともできるホイスト１１４が取り付けられる。移動式キャリアシステムの他の実施形態は、自動輸送システム、無人搬送車（ＡＧＶ）、天井走行式無人搬送車(overhead hoist transfer)及びＦｒｏｎｔ Ｏｐｅｎｉｎｇ Ｕｎｉｆｉｅｄ Ｐｏｄｓ（ＯＨＴ及びＦＯＵＰ）、無人航空機（ＵＦＶ）などの他のシステム、並びに半導体産業、パネル産業及び物流などで使用される他のモビリティシステムからその移動性を獲得することができる。

モニタリングシステム１５０では、１又は２以上の移動式キャリア１０８の各々が、その内部又は外部に位置する１又は２以上のセンサ、試料採取システム、或いは試料採取システムとセンサの両方を有するように構成することができる。センサ及び試料採取システムは、輸送システムによって施設１０２内を動き回る際に移動式キャリアの内部又は外部の状態を定量的又は定性的に検出し、測定し、又は別様に特性化するために使用することができる。

各移動式キャリア１０８は、スマートステーション１０６（図２を参照）又は施設内の工程設備モジュール１０４のロードポートと結合することができる。各移動式キャリア１０８は、１又は２以上の移動式キャリアからデータを受け取った時に施設１０２内の全体的状態をモニタすることができる集中データ／制御センタと有線又は無線で通信することができる。スマートステーション１０６及び工程設備モジュール１０４は、データ／制御センタ１１６と無線又は有線で通信して、移動式キャリアがスマートステーション１０６又は工程設備モジュール１０４に結合した時に、移動式キャリア１０８内のセンサ又はサンプラーからのデータを移動式キャリア自体が直接にではなくスマートステーション又は工程設備モジュールがデータ／制御センタに送信することもできる。データ／制御センタ１１６は、異常状態の検出時にこれらのデータを工場内に送信して追跡できるように、警告システム又は緊急対応チーム１１８と無線又は有線で通信することもできる。データ／制御センタ１１６は、やはり無線又は有線で工程設備モジュールと通信して、モニタリング測定値に応答して工程を調整できる制御信号を送信することもできる。

図２に、スマートステーション２０２及び移動式キャリア２０４を含むモニタリングシステム２００の実施形態を示す。１つの実施形態では、スマートステーション２０２を固定式とすることができるが、他の実施形態では、例えば車輪付きキャビネットに収容することによって移動式にすることもできる。

スマートステーション２０２はハウジング２０３を含み、その内部に検出及び／又は試料採取システム２０６、電源システム２０８、ステーションオペレーティングシステム２１０及び有線又は無線通信システム２１２が配置される。検出及び／又は試料採取システム２０６、電源システム２０８、ステーションオペレーティングシステム２１０及び有線又は無線通信システム２１２は、移動式キャリア２０４上のモジュラー結合システム(modular coupling system)２２４に対応するように設計されたモジュラー結合システム２１４に全て結合される。図示の実施形態は、これらのコンポーネントとモジュラー結合システム２１４との間にバス型結合部を有するが、他の実施形態では、これらの結合を異なる形で行うこともでき、バスである必要はない。

検出及び／又は試料採取システム２０６は、スマートステーション２０２内に位置して、モジュラー結合システム２１４の少なくとも１つの個別結合器(individual coupler)に結合される。検出及び／又は試料採取システム２０６は、検出システム、試料採取システム、又は検出システムと試料採取システムの両方とすることができる。システム２０６は、検出用の場合には、スマートステーションの内部又は外部の状態、或いは移動式キャリア２０４が施設１０２内を動き回っている時に環境をサンプリングした場所の状態を定量的又は定性的に検出し、測定し、又は別様に特性化する検出器又は分析器を含むことができる。移動式キャリア２０４の実施形態で使用される後述する検出器は、いずれもスマートステーション２０２の実施形態でも使用することができる。検出及び／又は試料採取システム２０６は、試料採取システムとして動作する際には、スマートステーション２０２の周囲の環境をサンプリングし、その後にスマートステーション自体の内部検出器又は分析器を用いて試料を分析することも、或いは収集した試料をモジュラー結合システム２１４経由で移動式キャリア２０４に移送し、その後に移動式キャリア２０４が自機の検出システムを用いて分析を行うこともできる。１つの実施形態では、試料採取システム２０６を、図１３及び図１４について後述する試料採取システムと同様のものとすることができる。

電源システム２０８は、スマートステーション２０２内に位置し、モジュラー結合システム２１４内の少なくとも１つの個別結合器に結合される。電源システムは、スマートステーション２０２内の他のコンポーネントに電力を供給できるとともに、移動式キャリアがスマートステーションにドッキングした時には、移動式キャリア２０４内のコンポーネントに直接電力を供給するために、或いはこの例では電力システム２１８である移動式キャリアの独自の電力システムを充電するために使用することもできる。ある実施形態では、電源システム２０８を、例えばスマートステーションが存在する施設の電源などの外部電源（図示せず）に結合することもできる。

ステーションオペレーティングシステム２１０は、スマートステーション２０２内に位置して、この実施形態では検出及び／又は試料採取システム２０６、電源システム２０８及び有線又は無線通信システム２１２であるスマートステーション２０２内の他のコンポーネントに結合されるとともに、モジュラー結合システム２１４内の少なくとも１つの個別結合器にも結合される。１つの実施形態では、ステーションオペレーティングシステム２１０のハードウェアを、スマートステーション内の他のコンポーネントとデータを交換してコンポーネントの機能を制御するとともに、移動式キャリアがスマートステーションにドッキングした時に移動式キャリアと通信できるようにする命令を有するソフトウェアと、プロセッサ、メモリ、ストレージなどとを含む汎用コンピュータとすることができる。ステーションオペレーティングシステム２１０は、スマートステーション２０２内の他のコンポーネント又は移動式キャリア２０４内のコンポーネントからデータを受け取り、処理し、及び／又は解釈するために使用することもできる。他の実施形態では、ステーションオペレーティングシステム２１０を、やはり必要な機能を実行させる命令を有するソフトウェアを含む特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）などの専用コンピュータとすることもできる。

有線／無線通信システム２１２は、スマートステーション２０２内に位置して、この実施形態では検出及び／又は試料採取システム２０６、電源システム２０８及びステーションオペレーティングシステム２１０であるスマートステーション２０２内の他のコンポーネントに結合されるとともに、モジュラー結合システム２１４内の少なくとも１つの個別結合器にも結合される。有線／無線通信システム２１２は、スマートステーション２０２内の他のコンポーネントと通信してデータを交換するとともに、移動式キャリア２０４がスマートステーション２０２にドッキングした時に通信システム２２０と通信して移動式キャリアとデータを交換することもできる。通信システム２１２は、データ／制御システム１１６（図１Ｂを参照）などの他の外部コンポーネントと有線又は無線で通信可能に結合してデータを交換することもできる。

モジュラー結合システム２１４は、移動式キャリアがスマートステーションにドッキングした時にスマートステーション２０２内のコンポーネントを移動式キャリア２０４内のコンポーネントに結合するために使用される。したがって、移動式キャリアのモジュラー結合システム２２４は、モジュラー結合システム２１４に実質的に適合し、モジュラー結合システム２１４の各個別結合器は、モジュラー結合システム２２４内に同じ機能のための対応する個別結合器を有する。図示の実施形態では、結合システム２１４が３つの結合部２１４ａ～２１４ｃを含むが、他の実施形態では異なる数の結合部を含むこともできる。結合システム２１４内の個別結合器は、電気的結合部、流体結合部、通信結合部又は機械的結合部を含むことができる。例えば、１つの実施形態では、１つの個別結合器２１４、したがって対応する結合器２２４を通信用とし、別の個別結合器を、試料採取システム２１６から検出システム２０６への流体試料の移送を可能にする流体結合部とすることができる。別の実施形態では、１つの個別結合器２１４、したがって対応する結合器２２４を、移動式キャリア２０４がスマートステーション２０２にドッキングした時に移動式キャリアを適所にしっかりと保持する機械的結合器とすることができる。さらに他の実施形態では、個別結合器が複数の機能を有することができ、例えば１対の個別結合器が流体結合部と機械的結合部の両方として機能することができる。モジュラー結合システム２１４及び２２４は、従来の接続インターフェースと比べて素早い接続及び切断を可能にする。

移動式キャリア２０４は、スマートステーション２０２と同様の一連のコンポーネントを有する。これらのコンポーネントは、基本的に製造工程で使用される移動式キャリアであるハウジング２０５内に位置する（図３を参照）。図示の実施形態では、スマートステーション２０２内の各コンポーネントが移動式キャリア２０４内に対応するコンポーネントを有し、移動式キャリア２０４内のコンポーネントは、検出及び／又は試料採取システム２１６、電源システム２１８、制御システム２２２及び有線又は無線通信システム２２０を含む。しかしながら、移動式キャリア２０４の他の実施形態は、スマートステーション２０２内のコンポーネントに対応する一連のコンポーネントを必要としない。いくつかの実施形態では、移動式キャリア２０４を専用モニタリングシステムとすることができ、すなわちモニタリングシステムを構成するコンポーネントのみを搬送して製造されている製品を搬送することができない。しかしながら、他の実施形態では、移動式キャリア２０４が、モニタリングシステムと製造されている製品の両方を搬送することもできる。

移動式キャリア２０４では、検出及び／又は試料採取システム２１６が検出／試料採取システム２０６と同様の機能を有して同様のコンポーネントを含むことができ、制御システム２２２がステーションオペレーティングシステム２１０と同様の機能を有して同様のコンポーネントを含むことができ、有線又は無線通信システム２２０が無線通信システム２１２と同様の機能を有して同様のコンポーネントを含むことができる。１つの実施形態では、主な相違点が電力システム２１８にある。移動式キャリア２０４は移動式であるため、１つの実施形態では、電力システム２１８が、その電力を施設の電源などの外部電源から引き出す電力システムではなく、充電式又は交換式バッテリなどの自給式電力システムである。また、電力システム２１８が自給式である実施形態では、移動式キャリア２０４内の他のコンポーネントを、スマートステーション２０２内の類似する相手方よりも消費電力が小さくなるように選択することが望ましい。

スマートステーション２０２の場合と同様に、移動式キャリア２０４のコンポーネントも、スマートステーション２０２上のモジュラー結合システム２１４に適合するように設計されたモジュラー結合システム２２４に結合される。図示の実施形態では、結合システム２２４が３つの結合部２２４ａ～２２４ｃを含むが、他の実施形態では異なる数の結合部を含むこともできる。結合システム２２４内の個別結合器も、電気的結合部、流体結合部、通信結合部又は機械的結合部を含むことができる。図示の実施形態では、個別結合器２２４の数が個別結合器２１４の数と一致するが、他の実施形態では、対応する結合器が他方に見つからない個別結合器がいずれも不要であるならば、結合器の数が正確に一致する必要はない。

図３に、空の移動式キャリア３００、すなわち図２に示すコンポーネントをいずれも含んでいない移動式キャリアの実施形態を示す。この時、空の移動式キャリア３００は事実上ハウジング２０５であり、その内部にはモニタリングシステムのコンポーネントが配置される（図２を参照）。移動式キャリア３００は六面体であり、この例では立方体であるが、他の実施形態では、円筒形、三角形などの異なる形状を有することもできる。移動式キャリア３００は、上部及び底部の外面３１６と側面３１４とを含む外観を有する。後述するように、製造されている製品及び図２に示すモニタリングシステムのコンポーネントを収容するために単一の内部チャンバ３０４を使用することができるが、移動式キャリアの他の実施形態は、複数の内部チャンバを含むこともできる。内部チャンバ３０４は、床面３０６、壁部３０８、後壁３１０及び天井３１２によって取り囲まれる。側壁３１８は、移動式キャリア３００の外面と内壁との間の空間を占め、この側壁は、中実とすることも、中空とすることも、絶縁することも、或いはコンポーネント又はコンポーネント間の接続部を収容するために使用することもできる。移動式キャリア３００は、側壁３１８の一方に取り付けられたヒンジを用いて前面に取り付けられて内部チャンバ３０４を閉鎖するドア（図示せず）を含むこともできる。このドアは、内部チャンバ３０４を外部環境から気密的又は非気密的に密閉することができる。

図４Ａ～図１４は、異なるタイプの検出システム、試料採取システム、或いは検出システムと試料採取システムとを有する移動式キャリアの実施形態を説明するものである。これらの図には、図面が煩雑になるのを避けるために検出／試料採取システムのみを示しているが、たとえ図示していなくても、当然ながら図２に示して上述したような移動式キャリアの他のコンポーネント、及びコンポーネント間のあらゆる必要な相互接続部も存在する。また、これらについては個別に説明しているが、説明するセンサを単独で使用する必要はなく、あらゆる組み合わせで使用することができる。例えば、移動式キャリアは、図４Ａ～図１２Ｂのセンサのうちの１つ又は２つ以上を図１３及び図１４に示す試料採取システムと対にすることができる。最後に、これらの図に示す移動式キャリアについては、半導体製造に使用されるＦＯＵＰなどの移動式キャリアの文脈で図示し説明するが、他の実施形態では、異なるタイプのキャリアを使用することもできる。

図４Ａ及び図４Ｂには、１又は２以上の温度モニタリングセンサを含む移動式キャリア４００の実施形態を示す。移動式キャリア４００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。移動式キャリアの内部には、温度センサ４０６が位置してウェハの温度を測定する。図示の実施形態では、温度センサが床面３０６に位置して最下部のウェハの温度を測定した後に、１又は２以上の温度センサ４０６がウェハ間に位置して上部のウェハの温度を測定することができる。いくつかの実施形態では、単一のウェハ４０４、又はキャリアの容量を下回るいくつかのウェハの温度しか測定できないが、他の実施形態では全てのウェハの温度を測定することもできる。

図４Ｂには、温度センサ４０６がウェハの温度を測定できるようにする機構の実施形態を示す。スライダ４１０の内部には温度プローブ４０８が位置し、熱伝導パッド４１２と熱的に接触する。スライダ４１０はスリーブ４１４内に保持され、スリーブに対して上下に移動することができる。スリーブ４１４内には、パッド４１２がウェハに接触するようにスライダ４１０をウェハ４０４に向けて押し進めるために使用される低力ばね４１６も保持される。温度プローブ４０８は、熱伝導パッド４１２を通じてウェハ４０４の温度を測定し、プローブ４０８と回路との間の結線を介してその測定値を処理回路に送信する。

図４Ｃには、温度モニタリングセンサを含む移動式キャリア４５０の実施形態を示す。移動式キャリア４５０は、多くの点で移動式キャリア４００と類似する。移動式キャリア４５０では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。移動式キャリア４５０と４００との間の主な相違点は、移動式キャリア４５０が、その床面３０６近くに位置する単一の温度検知モジュール４０６を含む点である。温度検知モジュール４０６は、複数のウェハ４０４に配置された複数の温度検知プローブ４５２にワイヤ４５４によって結合される。図示の実施形態では、ワイヤ４５４が移動式キャリア３００の側壁３１８を通じて配線されるが、他の構成は、ワイヤを図示のものとは異なる形で、例えばキャリアの外部に沿って配線することができる。図示の実施形態では、温度検知プローブ４５２を図４Ｂで説明したプローブと同じものとすることができるが、他の実施形態では異なる種類のプローブとすることもできる。この構成では、温度検知モジュール４０６が、キャリア内の全てのウェハまでを含むキャリア内の複数のウェハの温度を検出することができる。

図５には、１又は２以上の気流モニタリングセンサを含む移動式キャリア５００の実施形態を示す。移動式キャリア５００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。キャリアの内部には気流センサ５０２が位置して、内部における方向及び速度などの気流量を測定する。図示の実施形態では、気流センサ５０２が床面、天井、壁部及び後壁に位置するが、他の実施形態では、全ての内壁に気流センサを配置する必要はなく、図示のものよりも多くの又は少ない気流センサを使用することができる。気流センサ５０４は、キャリア外部の底部、上部及び側面にも位置して、移動式キャリア４００の外側の、或いは移動式キャリア４００が接続された工程設備内又はその付近の方向及び速度などの気流量を測定することができる。他の実施形態では、全ての外面に気流センサを配置する必要はなく、図示のものよりも多くの又は少ない気流センサを使用することができる。１つの実施形態では、キャリアがその空気パージ／清浄化工程中に工程設備モジュールのロードポートにドッキングした時に気流センサがキャリア内の気流をモニタすることができる。この気流情報は、移動式キャリアの最適な清浄化工程を実現するようにパージ気流の圧力又は総体積を調整するために使用することができる。

図６には、湿度、酸素、水及び／又は温度モニタリングセンサを含む移動式キャリア６００の実施形態を示す。移動式キャリア６００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。Ｈ₂Ｏ（水）、酸素、温度又は湿度センサ６０２は、キャリア内の床面又はその付近に位置する。

センサ６０２は、センサ及びキャリア内部に流体的に結合されてキャリアの内部から測定のために空気を吸い込む試料採取管(sampling tubes)６０４を含む。センサ６０２は、例えば施設からの周囲空気、又はキャリア６００が結合された工程設備モジュールからの空気などの、キャリア外部からの空気を測定のために吸い込むことができるように底部側壁を貫いて延びてセンサを移動式キャリアの外部に流体的に結合する試料採取管６０６も含む。したがって、このセンサは、キャリア内、機械内又はキャリアの外部環境内のＨ₂Ｏ／酸素／温度及び湿度状態を検出することができる。他の実施形態では、内部及び外部試料採取管の経路が図示のものとは異なり、例えばキャリア３００の側壁３１８を通じて試料採取管６０４又は６０６を経路指定することができ、他の実施形態は、内部空気と外部空気を両方ともサンプリングする必要がない。

図７には、１又は２以上の振動モニタリングセンサを含む移動式キャリア７００の実施形態を示す。移動式キャリア７００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。キャリアの内部チャンバには、キャリアの床面又はその付近に３軸振動センサ７０２が位置して、移動式キャリアの振動、内部の部品（例えば、ウェハ）の振動、移動式キャリア７００が接続された工程設備モジュールの振動、及び環境内の振動を検出する。例えば、振動センサ７０２は、キャリア７００が軌道１１０に沿って移動する（図１Ｂを参照）際に３軸振動を検出して動作安定性をチェックするために使用することができる。キャリア７００の他の実施形態は、図示のものよりも多くの振動センサを有することができ、図示のものとは異なる振動センサを有することができ、振動センサを図示のものとは異なるように配置することができる。

図８には、１又は２以上の粒子モニタリングセンサを含む移動式キャリア８００の実施形態を示す。移動式キャリア８００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。粒子センサ８０２は、キャリアの内部チャンバ内の床面又はその付近に位置する。センサ８０２は、センサ及びキャリアの内部に流体的結合されてキャリアの内部から測定のために空気を吸い込む試料採取管８０４を含む。センサ８０２は、例えば施設からの周囲空気、又はキャリアが結合された工程設備モジュールからの空気などの、外部からの空気を測定のために吸い込むことができるように底部側壁３１８を貫いて延びてセンサをキャリアの外部に流体的に結合する試料採取管８０６も含む。したがって、このセンサは、キャリア内部の粒子汚染、或いはキャリア外部の機械内又は環境内の粒子汚染を検出することができる。他の実施形態では、内部及び外部試料採取管の経路が図示のものとは異なり、例えばキャリア３００の側壁３１８を通じて試料採取管８０４又は８０６を経路指定することができ、他の実施形態は、内部空気と外部空気を両方ともサンプリングする必要がない。

図９には、１又は２以上のカメラを含む移動式キャリア９００の実施形態を示す。移動式キャリア９００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。キャリアの内部チャンバの様々な位置にカメラを配置することができ、例えば１又は２以上の側壁にカメラ９０４を配置することができ、又は内部チャンバの隅部にカメラ９０６を配置することができ、又は床面又は天井にカメラを配置することもできる。キャリアの外面にカメラ９０２を配置することもできる。カメラ９０２、９０４及び９０６は、例えばキャリア内の状態を視覚的に検出し、キャリアの経路を視覚的に検出し、又はキャリアが接続された工程設備モジュールの状態を視覚的に検出するために使用することができる。

図１０は、製品の膜厚などの物理的特性又は化学的特性をモニタするための１又は２以上のセンサを含む移動式キャリア１０００の実施形態のブロック図である。移動式キャリア１０００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。図示の実施形態では、移動式キャリア３００の内部チャンバに物理的／化学的特性測定モジュール又はセンサ１００２が位置して、ウェハ４０４のうちの１つ又は２つ以上に堆積した材料の物理的特性（例えば、膜厚、トポグラフィー、反射率）又は化学的特性（組成、不純物）をモニタする。しかしながら、別の実施形態では、ウェハのうちの１つ又は２つ以上を移動式キャリア内で測定するのではなく、スマートステーションに逆搬送してスマートステーションに移送して測定できるように、測定のためにウェハを受け取るように構成されたスマートステーション１００４内に測定モジュール１００２が位置する。

図１１には、製造施設内の移動式キャリア１１００の位置を特定及び／又は記録するために使用できる１又は２以上の位置モニタリングセンサを含む移動式キャリア１１００の実施形態を示す。位置モニタリングセンサは、工程設備モジュール、機械部品の位置、並びに施設内の内部又は外部環境の検出又はサンプリングを行う位置を特定及び／又は記録することもできる。図示してはいないが、移動式キャリア１１００の内部には１又は２以上の半導体ウェハを積み重ねて工程設備モジュール間を搬送することができる。

１つの実施形態では、自機の位置を、したがって移動式キャリア１１００の位置を特定する全地球測位システム（ＧＰＳ）ユニット１１０２がキャリア内の床面に位置するが、他の実施形態では、衛星１１０４からの信号を受け取って自機の位置を特定できる限り、ＧＰＳユニット１１０２をユニットの外側、又は内側の他の箇所に配置することもできる。

別の実施形態では、施設内に位置する１又は２以上のＲＦＩＤタグ１１０６を読み取ることによってキャリア１１００の位置を特定できる無線周波数識別（ＲＦＩＤ）リーダを屋根などのキャリアの上面に配置することができる。図示の実施形態では、キャリアの移動に使用される輸送システムの軌道１１０（図１Ｂを参照）上の既知の位置にＲＦＩＤタグ１１０６を配置して、ＲＦＩＤリーダ１１０４がＲＦＩＤタグ１１０６を検出した時に、その軌道沿いの位置がＲＦＩＤタグの位置と実質的に同じであることが分かるようにすることができる。他の実施形態では、ＲＦＩＤタグ１１０６を施設内の異なる位置に配置することもできる。

さらに別の実施形態では、施設内に位置する１又は２以上のバーコード１１１０を読み取ることによってキャリア１１００の位置を特定できるバーコードリーダ１１０８をキャリア外部の上面などに配置することができる。図示の実施形態では、輸送システムの軌道１１０上の既知の位置にバーコード１１１０を配置して、バーコードリーダ１１０８がバーコード１１１０を検出した時に、その軌道沿いの位置がバーコードの位置と実質的に同じであることが分かるようにすることができる。他の実施形態では、バーコード１１１０を施設内の異なる位置に配置することもできる。マシンビジョンなどの他の検出方法を用いて移動式キャリア１１００の位置を特定することもできる。

図１２Ａ及び図１２Ｂには、１又は２以上の内部位置モニタリングセンサを含む移動式キャリア１２００の実施形態を示しており、図１２Ａは上面図であり、図１２Ｂは側面図である。移動式キャリア１２００では、移動式キャリア３００の内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。しかしながら、場合によっては、例えば破線輪郭のウェハ４０４によって示すようにウェハ４０４がキャリア内で位置ずれしてキャリアの後壁に近づき過ぎた結果破損する可能性がある。

ウェハの破損を防ぐために、キャリア内に内部モニタリングシステムを配置して内部のウェハの位置を検出することができる。図示の実施形態では、キャリアの後壁沿いの床面に光源１２０２を配置して、キャリアの後壁沿いの天井に位置する検出器１２０４に光を向けるようにすることができる。この構成では、光源１２０２が放出したビームが遮断されなければウェハ４０４は正しい位置に存在するが、ビームが部分的又は完全に遮断された場合にはウェハのうちの１つが位置ずれしている。図示の実施形態には１つの検出器しか示していないが、他の実施形態では、移動式キャリアの内部チャンバ内のさらなる位置において複数の検出器及び他のタイプの検出器を使用することもできる。

図１３には、試料収集システムを含む移動式キャリア１３００の実施形態を示す。移動式キャリア１３００では、１又は２以上の半導体ウェハ４０４が、移動式キャリアの内部に積み重ねられて工程設備モジュール間で搬送される。

キャリア内の床面又はその付近には、試料採取ボトル又はキャニスタ１３０２が位置する。試料採取ボトル１３０２は、試料採取キャニスタの内部及びキャリアの内部に流体的に結合されてキャリアの内部から収集のために空気を吸い込む試料採取管１３０４を含む。試料採取ボトル１３０２は、例えば施設からの周囲空気、又はキャリアが結合された工程設備モジュールからの空気などの、キャリア外部からの空気を収集できるようにキャリアの床面を貫いて延びて試料採取ボトルの内部をキャリアの外部に流体的に結合する試料採取管１３０６も含む。試料採取管１３０６を使用しない実施形態では、移動式キャリアのドアを単純に開くことによって外部からの試料を収集することができる。他の実施形態では、内部及び外部試料採取管の経路が図示のものとは異なり、例えばキャリア１３００の側壁を通じて試料採取管を経路指定することができ、他の実施形態は、内部空気と外部空気を両方ともサンプリングする必要がない。

１つの実施形態では、試料を吸い込むことができるように試料採取ボトル１３０２を予め真空にしておくことができるが、別の実施形態では、試料採取キャニスタの内部にポンプ１３０８を流体的に結合してボトルに空気を吸い込むようにすることもできる。試料採取キャニスタ１３０２に収集された試料は、後で分析できるように、キャリア１３００内の分析器又はセンサによって、或いは後で移動式キャリア１３００がドッキングするスマートステーション内の分析器又はセンサなどの、キャリア１３００から分離した分析器又はセンサによって保存することができる。移動式キャリア１３００のさらに他の実施形態は、試料収集システムに加えてセンサを含むことができる。図示の実施形態は、移動式キャリアの内部に位置する気流センサ１３１０と、移動式キャリアの外部に位置する気流センサ１３１２とを含むが、他のいずれかのタイプのセンサを試料収集システムと併用することもできる。

図１４には、試料収集システムを含む移動式キャリア１４００の別の実施形態を示す。移動式キャリア１４００では、移動式キャリアの内部に１又は２以上の半導体ウェハ４０４が積み重ねられて工程設備モジュール間を搬送される。

キャリアの内部チャンバ内の床面又はその付近には、内部に吸着剤１４０３を有するトラップサンプラー１４０２が位置する。様々な実施形態では、吸着剤１４０３が、粒状吸着剤、壁面被覆吸着剤又は連続充填吸着剤の組み合わせを含むことができる。各吸着剤は、１又は２種類以上の特定の化学物質に対する化学的親和性を有することができ、すなわち使用する正しい吸着剤は、吸収及び濃縮対象の化学物質の数及び性質に依存する。使用できる吸着剤の例としては、ｃａｂｏｐａｃｋ Ｂ、ｃａｂｏｐａｃｋ Ｘなどが挙げられる。

トラップサンプラー１４０２は、移動式キャリアの内部からの空気を収集できるようにトラップサンプラーの内部を移動式キャリアの内部に流体的に結合する試料採取管１４０４を含むとともに、例えば施設からの周囲空気、又はキャリアが結合された工程設備モジュールからの空気などの、移動式キャリアの外部からの試料を収集できるように、移動式キャリアの床面を貫いて延びてトラップサンプラーの内部を移動式キャリアの外部に流体的に結合する試料採取管１４０６も含む。他の実施形態では、内部及び外部試料採取管の経路が図示のものとは異なり、例えばコンテナ１４００の側壁を通じて試料採取管１３０４又は１３０６を経路指定することができ、他の実施形態は、内部空気と外部空気を両方ともサンプリングする必要がない。

１つの実施形態では、試料を吸い込むことができるようにトラップサンプラー１４０２を予め真空にしておくことができるが、別の実施形態では、トラップサンプラーの内部にポンプ１４０８を流体的に結合してトラップサンプラーに空気を吸い込むようにすることもできる。トラップサンプラーにヒータ１４１０を熱的に結合して内部の吸着剤を加熱し、吸着剤によって取り込まれた化合物の放出に役立てることもできる。トラップサンプラー１４０２に収集されたサンプルは、後で分析できるように、キャリア１４００内の分析器又はセンサによって、或いは後で移動式キャリアがドッキングするスマートステーション内の分析器又はセンサなどの、キャリア１４００から分離した分析器又はセンサによって保存することができる。移動式キャリア１４００のさらに他の実施形態は、試料収集システムに加えてセンサを含むことができる。図示の実施形態は、移動式キャリアの内部に位置する気流センサ１４１０と、移動式キャリアの外部に位置する気流センサ１４１２とを含むが、他のいずれかのタイプのセンサを試料収集システムと併用することもできる。

図１５には、複数の移動式キャリアシステムを用いてモニタリングを行う実施形態を示す。図示の例では、移動式キャリア１５０２が、分子状汚染物質(airborne molecular contamination)（ＡＭＣ）検出器と位置センサとを含むことができる。移動式キャリア１５０２は、工程設備モジュール１０４を通過した時にＡＭＣ又は異常レベルのＡＭＣを検出した場合、自機の位置と検出されたＡＭＣレベルとをデータ／制御センタ１１６に送信することができる。この結果、移動式キャリア１５０２の位置を把握したデータ／制御センタ１１６は、試料採取システム（例えば、図１３及び図１４を参照）を含む付近の別の移動式キャリア１５０４に、工程設備モジュール１０４のロードポートにドッキングしてそのモジュール内の空気をサンプリングし、そのモジュールが移動式キャリア１５０２によって検出されたＡＭＣの供給源であるかどうかを確認するように指示することができる。別の実施形態では、移動式キャリア１５０４が実際に工程設備モジュール１０４とドッキングする必要はなく、モジュール１０４の付近の空気のみを実際に採取することができる。

要約書に記載した内容を含む上記の実施形態の説明は、完全であることや、或いは記載した形に本発明を限定することを意図したものではない。本明細書では、本発明の特定の実施形態及び具体例を例示目的で説明したが、当業者であれば認識するように、上記の詳細な説明に照らして本発明の範囲内で様々な同等の修正が可能である。

以下の特許請求の範囲で使用する用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示する特定の実施形態に本発明を限定するものとして解釈すべきではない。むしろ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲のみによって決定されるべきであり、特許請求の範囲は、確立された請求項解釈の原則を用いて解釈されるべきである。

Claims (18)

1. 移動式キャリアモニタリング装置であって、
   製造されている製品を内部に受け取るように構成され、かつ輸送システムによって製造施設内の複数の位置に移動されるように構成された、１又は２以上の移動式キャリアと、
   各移動式キャリアの内部又は外部に位置する移動式キャリア制御システムと、
   各移動式キャリアの内部又は外部に位置して前記移動式キャリア制御システムに結合された１又は２以上のセンサと、
   各移動式キャリアの内部又は外部に位置して前記少なくとも１つのセンサ及び前記移動式キャリア制御システムに通信可能に結合された通信システムであって、前記１又は２以上のセンサからのデータを前記移動式キャリアから離れた位置に送信できる通信システムと、
   各移動式キャリアの内部又は外部に位置して、前記移動式キャリア制御システム、前記１又は２以上のセンサ及び前記通信システムに電力を供給するように結合された電力システムと、
   各移動式キャリアの内部又は外部に位置する試料採取システムであって、前記移動式キャリアの内部及び前記移動式キャリアの外部の少なくとも一方に流体的に結合された１又は２以上の試料採取管を含む試料採取システムと、
   を備える装置。
2. 各移動式キャリア内又は各移動式キャリア上に位置して、前記電力システム、前記通信システム及び前記移動式キャリア制御システムに結合されたモジュラー結合システムを更に備える、請求項１に記載の装置。
3. 前記モジュラー結合システムは、電気的結合部、流体結合部、通信結合部又は機械的結合部を含むことができる、請求項２に記載の装置。
4. 前記１又は２以上のセンサは、
   分子状汚染物質分析器、
   １又は２以上の温度プローブを含む温度センサ、
   気流センサ、
   水（Ｈ₂Ｏ）、酸素、温度及び湿度のうちの１つ又は２つ以上を測定するセンサ、
   振動センサ、
   粒子センサ、
   カメラ、
   物理的特性又は化学的特性をモニタするためのセンサ、
   位置センサ、又は、
   内部位置センサ、
   を含むことができる、請求項１に記載の装置。
5. 前記通信システムは、前記移動式キャリアから離れた前記位置と無線又は有線で通信することができる、請求項１に記載の装置。
6. 前記試料採取システムは、前記１又は２以上の試料採取管に流体的に結合されたキャニスタを更に備える、
   請求項１に記載の装置。
7. 前記試料採取システムは、前記キャニスタの内部に流体的に結合されたポンプを更に備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記試料採取システムは、内部に吸着剤を含むトラップサンプラーであって前記１又は２以上の試料採取管に流体的に結合されたトラップサンプラーを更に備える、
   請求項１に記載の装置。
9. 前記試料採取システムは、
   前記トラップサンプラーの内部に流体的に結合されたポンプ、及び、
   前記トラップサンプラーに熱的に結合されて前記トラップサンプラーの内部の吸着剤を加熱するヒータ、
   の少なくとも一方を更に備える、請求項８に記載の装置。
10. モニタリングシステムであって、
    製造されている製品を内部に受け取るように構成され、かつ輸送システムによって製造施設内の複数の位置に移動されるように構成された、１又は２以上の移動式キャリアと、
    各移動式キャリアの内部又は外部に位置する移動式キャリア制御システムと、
    各移動式キャリアの内部又は外部に位置して前記移動式キャリア制御システムに結合された１又は２以上のセンサと、
    各移動式キャリアの内部又は外部に位置して前記少なくとも１つのセンサ及び前記移動式キャリア制御システムに通信可能に結合された通信システムであって、前記１又は２以上のセンサからのデータを前記移動式キャリアから離れた位置に送信できる通信システムと、
    各移動式キャリアの内部又は外部に位置して、前記移動式キャリア制御システム、前記１又は２以上のセンサ及び前記通信システムに電力を供給するように結合された電力システムと、
    各移動式キャリア内又は各移動式キャリア上に位置して、前記電力システム、前記通信システム及び前記移動式キャリア制御システムに結合されたモジュラー結合システムと、
    各移動式キャリアの内部又は外部に位置する試料採取システムであって、前記移動式キャリアの内部及び前記移動式キャリアの外部の少なくとも一方に流体的に結合された１又は２以上の試料採取管を含む試料採取システムと、
    を備える移動式キャリアモニタリング装置、並びに
    前記移動式キャリアの前記モジュラー結合システムに適合するモジュラー結合システムを含むスマートステーション、
    を備えるモニタリングシステム。
11. 前記移動式キャリアの前記モジュラー結合システム及び前記スマートステーションの前記モジュラー結合システムは、電気的結合部、流体結合部、通信結合部又は機械的結合部を含むことができる、請求項１０に記載のモニタリングシステム。
12. 前記スマートステーションは、スマートステーションオペレーティングシステムと、検出システムと、試料採取システム、電源システム、及び有線又は無線通信システムのうちの少なくとも１つとを含み、前記検出システム、前記試料採取システム、前記電源システム、前記有線又は無線通信システム及び前記スマートステーションオペレーティングシステムのうちの少なくとも１つは、前記スマートステーションの前記モジュラー結合システムに結合される、請求項１０に記載のモニタリングシステム。
13. 前記スマートステーション内の検出システム及び前記移動式キャリア内の前記１又は２以上のセンサは、
    分子状汚染物質分析器、
    １又は２以上の温度プローブを含む温度センサ、
    気流センサ、
    水（Ｈ₂Ｏ）、酸素、温度及び湿度のうちの１つ又は２つ以上を測定するセンサ、
    振動センサ、
    粒子センサ、
    カメラ、
    物理的特性又は化学的特性をモニタするためのセンサ、
    位置センサ、又は、
    内部位置センサ、
    を含むことができる、請求項１２に記載のモニタリングシステム。
14. 前記移動式キャリアの前記通信システム及び前記スマートステーションの前記通信システムは、前記移動式キャリア又は前記スマートステーションから離れた位置と無線又は有線で通信することができる、請求項１０に記載のモニタリングシステム。
15. 前記移動式キャリア及び前記スマートステーションの少なくとも一方の前記試料採取システムは、前記１又は２以上の試料採取管に流体的に結合されたキャニスタを更に備える、
    請求項１２に記載のモニタリングシステム。
16. 前記試料採取システムは、前記キャニスタの内部に流体的に結合されたポンプを更に備える、請求項１５に記載のモニタリングシステム。
17. 前記移動式キャリア及び前記スマートステーションの少なくとも一方の前記試料採取システムは、内部に吸着剤を含むトラップサンプラーであって前記１又は２以上の試料採取管に流体的に結合されたトラップサンプラーを更に備える、
    請求項１２に記載のモニタリングシステム。
18. 前記試料採取システムは、
    前記トラップサンプラーの内部に流体的に結合されたポンプ、及び、
    前記トラップサンプラーに熱的に結合されて前記トラップサンプラーの内部の吸着剤を加熱するヒータ、
    の少なくとも一方を更に備える、請求項１７に記載のモニタリングシステム。

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