JP2009302392A - 基板検出装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】カセット内の複数の基板の収納状態を迅速且つ確実に検出すること。
【解決手段】前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出するための装置において、カセット内の複数の基板を前方から照らす光源を有する照明手段と、カセット内に収納された複数の基板を前方から撮像するための撮像手段と、撮像手段により取得された複数の基板の画像を処理する画像処理手段と、を備える。画像処理手段は、光源によって基板の前端面に形成された照明反射像を画像処理し、照明反射像の特徴量を解析することにより複数の基板の収納状態を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出するための装置および方法に関する。とりわけ本発明は、ウエハカセット（ＦＯＵＰ）内に収納された複数の半導体ウエハの収納状態を検出するのに適している。

従来、ウエハカセット（ＦＯＵＰ）内に収納された複数のウエハの収納状態を検出する方法として、透過式光スイッチにより、ウエハ端面を機械的にスキャンし、遮光検知によりマッピングを行う方式（遮光式センサスキャン）が知られている。

また、ウエハカセット内に収納されたウエハをカメラで撮影し、その画像を処理してウエハの収納状態を検出する方式も知られている。このような画像を利用したマッピングセンサの手法として、ウエハ面に垂直な２点間の輝度プロファイル線を複数取得して解析する方法がある。
特開２００５−５３４７号公報

しかしながら、上述した遮光式センサスキャンによるマッピング方式では、簡便なものではあるが、機構部分へのセンサ取付けが必須であり、また、機械式スキャンに比較的長い時間を要する上、飛び出し検知機能については別途専用のセンサを追加設置する必要がある。

ここで、「飛び出し検知」とは、ウエハカセット内に収納されているウエハが、規定の収納位置よりも前方に飛び出している状態を検知することを言う。

また、画像から取得した輝度プロファイル線を解析する方法においては、そのピーク（ウエハ端の反射を捕らえている）の位置および間隔からウエハの有無およびクロスウエハ等を判定しているため、局所的な外乱に弱いという問題がある。

この問題を解決するためには、輝度プロファイル線を増やして加算し、これにより局所的な外乱の影響を取り除く必要があるが、これでは演算量が膨大になってしまうという問題がある。

本発明は、上述した従来の技術の問題点に鑑みてなされたものであって、カセット内の複数の基板の収納状態を迅速且つ確実に検出することができる基板検出装置および方法を提供することを目的とする。とりわけ本発明は、ウエハカセット（ＦＯＵＰ）内に収納された複数の半導体ウエハの検出に適している。

上記課題を解決するために、本発明は、前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出するための装置において、前記カセット内の前記複数の基板を前方から照らす光源を有する照明手段と、前記カセット内に収納された前記複数の基板を前方から撮像するための撮像手段と、前記撮像手段により取得された前記複数の基板の画像を処理する画像処理手段と、を備え、前記画像処理手段は、前記光源によって前記基板の前端面に形成された照明反射像を画像処理し、前記照明反射像の特徴量を解析することにより前記複数の基板の収納状態を検出するように構成されていることを特徴とする。

好ましくは、前記画像処理手段は、前記照明反射像を２値化した後、各オブジェクトにラベリングを施し、各ラベルについて前記特徴量を解析するように構成されている。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、前記カセットの各スロット内に前記基板が存在するか否かを判定するものである。

ここで、重心位置の算出は、２値画像中において１本の境界線で囲まれた塊（ブロブ）を構成する全画素のＸ，Ｙ各座標の平均値を求める処理である。

「規定重心位置」とは、カセット内に基板が規定の状態で収納されている場合の重心位置を言う。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて面積値を算出し、算出面積値と規定面積値との比較により、ダブル基板の有無を判定するものである。

ここで、面積値の算出は、２値画像中において１本の境界線で囲まれた塊（ブロブ）を構成する全画素の画素数を求める処理である。

「規定面積値」とは、カセット内に基板が規定の状態で収納されている場合の面積を言う。

「ダブル基板」とは、カセットの１段のスロットに２枚の基板が収容されている場合の当該基板を言う。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて慣性主軸姿勢を算出し、算出慣性主軸姿勢と規定慣性主軸姿勢との比較により、クロス基板の有無を判定するものである。

ここで、「慣性主軸姿勢」とは、ブロブの重心を原点とし、原点を通る傾きθの直線の周りの２次モーメントを求めた場合、これが最小となる直線の角度である。つまり、慣性主軸姿勢とは角度値のことであり、単位は「度」である。一般にブロブの長手方向に一致する角度となる。

「規定慣性主軸姿勢」とは、カセット内に基板が規定の状態で収納されている場合の慣性主軸姿勢を言う。

「クロス基板」とは、カセットの左右段違いのスロットに基板が収容されて傾いている場合の当該基板を言う。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである。

ここで、「射影長」とは、本発明の場合、Ｘ軸上の射影長を意味しており、ブロブを構成する画素のＸ座標の最大値と最小値の差が射影長である。

「規定射影長」とは、カセット内に基板が規定の状態で収納されている場合の射影長を言う。

「飛び出し基板」とは、基板が規定の収納位置よりも前方に飛び出している場合の当該基板を言う。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて射影長を算出し、算出射影長と規定射影長との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである。

好ましくは、前記光源は横長である。

上記課題を解決するために、本発明は、前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出する方法において、光源を有する照明手段によって前記カセット内の前記複数の基板を前方から照らした状態において、前記カセット内に収納された前記複数の基板を前方から撮像する撮像工程と、前記撮像工程により取得された前記複数の基板の画像を処理する画像処理工程であって、前記光源によって前記基板の前端面に形成された照明反射像を画像処理し、前記照明反射像の特徴量を解析することにより前記複数の基板の収納状態を検出する、画像処理工程と、を備えたことを特徴とする。

好ましくは、前記画像処理工程において、前記照明反射像を２値化した後、各オブジェクトにラベリングを施し、各ラベルについて前記特徴量を解析する。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、前記カセットの各スロット内に前記基板が存在するか否かを判定するものである。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて面積値を算出し、算出面積値と規定面積値との比較により、ダブル基板の有無を判定するものである。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて慣性主軸姿勢を算出し、算出慣性主軸姿勢と規定慣性主軸姿勢との比較により、クロス基板の有無を判定するものである。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである。

好ましくは、前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて射影長を算出し、算出射影長と規定射影長との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである。

好ましくは、前記光源は横長である。

以下、本発明の実施形態としての基板検出装置および方法について、図面を参照しながら説明する。

図１に示したように本実施形態による基板検出装置１は、ＦＯＵＰ（ウエハカセット）１０内に収納された複数の半導体ウエハ１１の収納状態を検出するためのものである。

なお、半導体ウエハ１１は円形平板状を成しており、ウエハ搬送用ロボットのアーム先端に取り付けられたハンドによってＦＯＵＰ１０に対して搬出入される。

基板検出装置１は、ＦＯＵＰ１０内に収納された複数のウエハ１１を前方から撮像するためのカメラ（撮像手段）２を備える。このカメラ２は、ウエハ１１を搬送するロボットのアームとの干渉を避けるために、ＦＯＵＰ１０の前方の斜め上方に配置されている。

カメラ３は、伝送ケーブルによって画像処理手段３に接続されており、カメラ２により取得された画像は伝送ケーブルを介して画像処理手段３に伝送される。

カメラ３の直近には、ＦＯＵＰ１０内のウエハ１１を前方から照らすための照明用光源４が配置されている。この光源４は、水平方向に延在する横長の光源であり、その長手方向（水平方向）において発光部の輝度分布にムラがないものである。

光源４としては、例えば直管型の蛍光灯を使用することができる。

なお、変形例としては、照明用光源４を、図２に示したようにＦＯＵＰ１０の前方下部に配置することもできる。この配置においても、ロボットアームと照明用光源４との干渉を防ぐことができる。

図３は、カメラ３によって取得された画像を模式的に示した図である。各ウエハ１１の前端面には、図４に示したように横長の照明用光源４からの光によって照明反射像（反射領域）３０が局所的に形成されている。

図３においてウエハ前端面の領域が枠線２０で囲まれており、この枠線２０で囲まれた領域は、画像処理手段３によって画像処理される画像処理領域である。この画像処理領域は、照明用光源４によってウエハ前端面に局所的に形成された照明反射像（反射領域）３０を包含している。

図３中の符号２１は、各塊（ブロブ）の重心位置を示している。

図３において符号４０はダブルウエハ（ダブル基板）を示し、符号４１はクロスウエハ（クロス基板）を示している。

本実施形態による基板検出装置１においては、カメラ２から画像を取得した画像処理手段３が、ウエハ１１の前端面の照明反射像を画像処理し、その特徴量を解析し、これにより複数のウエハ１１の収納状態を検出する。

具体的には、画像処理手段３における照明反射像の特徴量解析によって、カセット１０の各スロット内にウエハ１１が存在するか否かの判定、ダブルウエハ４０の有無の判定、クロスウエハ４１の有無の判定、および飛び出し基板の有無（飛び出し量）の判定を行うことができる。

この特徴量解析に際しては、ＦＯＵＰ１０内に規定の状態で収納されているウエハ１１についてその重心位置、面積値、慣性主軸姿勢、射影長を測定し、各測定値をマスターデータとして各スロット毎に予め記録しておく。

このようにして記録された各測定値が、重心位置、面積値、慣性主軸姿勢、射影長のそれぞれの規定値となる。

そして、各スロット毎の規定値を基準に、必要な余裕を加味し、閾値処理することで上記各判定を行う。

図５は、画像処理手段３によって、各スロットについてウエハ１１の有無を判定する際の処理手順を示している。

図５に示したように画像処理手段３は、まず、カメラ２からカセット１０内のウエハ１１の画像を取得する（ステップ１）。

次に、図３に枠線２０で示した画像処理領域において、ウエハ１１の前端面の照明反射像を２値化し（ステップ２）、続いて各オブジェクトにラベリングを施す（ステップ３）。

そして、ステップ３で生成した各ラベルについて重心位置を算出し（ステップ４）、算出重心位置と規定重心位置とを比較して両者の差異を求める（ステップ５）。

次に、算出重心位置と規定重心位置との差異が所定値以内か否かを判断し（ステップ６）、所定値以内の場合には当該スロットにウエハ１１が存在すると判定し、所定値を超える場合には当該スロットにウエハ１１が存在しないと判定する。

図６は、画像処理手段３によってダブルウエハの有無を判定する際の処理手順を示している。

ステップ１からステップ３までは図５に示した手順と同様であり、ステップ３が終了したら、生成された各ラベルについて面積値を算出する（ステップ４）。

次に、算出面積値と規定面積値とを比較して両者の差異を求め（ステップ５）、当該差異が所定値以内の場合にはダブルウエハ無しと判定し、当該差異が所定値を超える場合にはダブルウエハが存在するものと判定する（ステップ６）。

図７は、画像処理手段３によってクロスウエハの有無を判定する際の処理手順を示している。

ステップ１からステップ３までは図５に示した手順と同様であり、ステップ３が終了したら、生成された各ラベルについて慣性主軸姿勢を算出する（ステップ４）。

次に、算出慣性主軸姿勢と規定慣性主軸姿勢と比較して両者の差異を求め（ステップ５）、当該差異が所定値以内の場合にはクロスウエハ無しと判定し、当該差異が所定値を超える場合にはクロスウエハが存在するものと判定する（ステップ６）。

図８は、画像処理手段３によって、重心位置に基づいて飛び出しウエハの有無、さらには飛び出し量を判定する際の処理手順を示している。ステップ１からステップ５までは図５に示した手順と同様である。

ステップ５が終了したら、当該差異が所定値以内か否かを判定し、所定値以内の場合には飛び出しウエハは無いものと判定し、当該差異が所定値を超える場合には飛び出しウエハが存在するものと判定する（ステップ６）。

上述した飛び出しウエハの検出においては、照明用光源４の横幅と処理領域幅を適切に調整することにより、ウエハ１１の飛び出し量が、対応するブロブの横サイズの広がりとして検知される。

図９は、画像処理手段３によって、射影長に基づいて飛び出しウエハの有無、さらには飛び出し量を判定する際の処理手順を示している。

ステップ１からステップ３までは図５に示した手順と同様であり、ステップ３が終了したら、生成された各ラベルについて射影長を算出する（ステップ４）。

次に、算出射影長と規定射影長とを比較して両者の差異を求める（ステップ５）。

そして、当該差異が所定値以内か否かを判定し、所定値以内の場合には飛び出しウエハは無いものと判定し、当該差異が所定値を超える場合には飛び出しウエハが存在するものと判定する（ステップ６）。

この飛び出しウエハの検出においても、照明用光源４の横幅と処理領域幅を適切に調整することにより、ウエハ１１の飛び出し量が、対応するブロブの横サイズの広がりとして検知される。

図８及び図９に示したように、ウエハの飛び出しは重心位置のみ、又は射影長のみで検出することも可能であるが、図１０に示したように両者を組み合わせることで、より正確且つ確実な判定を行うことができる。

即ち、ステップ４において、各ラベルについて重心位置及び射影長の両方を算出し、ステップ５において、算出重心位置と規定重心位置とを比較して両者の差異を求めると共に、算出射影長と規定射影長とを比較して両者の差異を求める。

そして、ステップ６において、当該各差異がそれぞれの所定値以内の場合には飛び出しウエハは無いものと判定し、当該各差異がそれぞれの所定値を超える場合には飛び出しウエハが存在するものと判定する。

このように本実施形態による基板検出装置および方法は、ウエハ１１の前端面に形成される照明反射像（反射領域）３０の個々の塊（ブロブ）について、その重心位置からウエハの有無を判定し、面積値（ブロブ面積）から「ダブルウエハ」の有無を判定し、慣性主軸姿勢（ブロブ姿勢）から「クロスウエハ」の有無を判定し、重心位置および射影長から「飛び出しウエハ」の有無（飛び出し量）を判定するものである。

このような特徴を備えた本実施形態は、次に述べるような各種の優れた効果を奏することができる。
・従来の技術のような機械式スキャンが不要であり、機構の簡素化および処理時間の短縮化が可能である。
・マッピングセンサの機能に加え、飛び出し検知センサの機能を併せ持つものである。
・ダブルウエハの検出を面積値により判定することにより、ダブルウエハの場合と正常の場合とで検出値が大きく変動する。このため、プロファイルを利用する従来の技術に比べて、ダブルウエハの検出をより正確且つ確実に行うことができる。
・規定位置からのウエハの飛び出しを、ブロブの射影長と重心位置のそれぞれの変化で検出するようにしたので、飛び出し量の定量化を容易に行うことができる。
・ラベル毎の大きさ・形状により、ウエハとウエハ以外のものとの判定が可能であり、外乱を容易に除去することができる。

以上、本発明をその実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲に限定されるものではなく、上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができる。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。

本発明の一実施形態による基板検出装置の概略構成を、複数のウエハが収納されたＦＯＵＰと共に示した図。 図１に示した基板検出装置の一変形例を示した図。 図１に示した基板検出装置のカメラにより得られた画像の一例を模式的に示した図。 ウエハ前端面に照明反射像（反射領域）が形成された状態を説明するための図。 図１に示した基板検出装置を用いてウエハの有無を判定するためのフローチャート。 図１に示した基板検出装置を用いてダブルウエハの有無を判定するためのフローチャート。 図１に示した基板検出装置を用いてクロスウエハの有無を判定するためのフローチャート。 図１に示した基板検出装置を用いて、重心位置に基づいて飛び出しウエハの有無（飛び出し量）を判定するためのフローチャート。 図１に示した基板検出装置を用いて、射影長に基づいて飛び出しウエハの有無（飛び出し量）を判定するためのフローチャート。 図１に示した基板検出装置を用いて、重心位置及び射影長に基づいて飛び出しウエハの有無（飛び出し量）を判定するためのフローチャート。

符号の説明

１ 基板検出装置
２ カメラ（撮像手段）
３ 画像処理手段
４ 照明用光源（照明手段）
１０ ウエハカセット（ＦＯＵＰ）
１１ ウエハ（基板）
２０ 枠線（画像処理領域）
２１ 重心位置
３０ 照明反射像（反射領域）
４０ ダブルウエハ
４１ クロスウエハ

Claims (16)

1. 前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出するための装置において、
   前記カセット内の前記複数の基板を前方から照らす光源を有する照明手段と、
   前記カセット内に収納された前記複数の基板を前方から撮像するための撮像手段と、
   前記撮像手段により取得された前記複数の基板の画像を処理する画像処理手段と、を備え、
   前記画像処理手段は、前記光源によって前記基板の前端面に形成された照明反射像を画像処理し、前記照明反射像の特徴量を解析することにより前記複数の基板の収納状態を検出するように構成されている、基板検出装置。
2. 前記画像処理手段は、前記照明反射像を２値化した後、各オブジェクトにラベリングを施し、各ラベルについて前記特徴量を解析するように構成されている、請求項１記載の基板検出装置。
3. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、前記カセットの各スロット内に前記基板が存在するか否かを判定するものである、請求項２に記載の基板検出装置。
4. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて面積値を算出し、算出面積値と規定面積値との比較により、ダブル基板の有無を判定するものである、請求項２又は３に記載の基板検出装置。
5. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて慣性主軸姿勢を算出し、算出慣性主軸姿勢と規定慣性主軸姿勢との比較により、クロス基板の有無を判定するものである、請求項２乃至４のいずれか一項に記載の基板検出装置。
6. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の基板検出装置。
7. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて射影長を算出し、算出射影長と規定射影長との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである、請求項２乃至６のいずれか一項に記載の基板検出装置。
8. 前記光源は横長である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の基板検出装置。
9. 前面に搬出入口が形成されたカセットに収納された複数の基板の収納状態を検出する方法において、
   光源を有する照明手段によって前記カセット内の前記複数の基板を前方から照らした状態において、前記カセット内に収納された前記複数の基板を前方から撮像する撮像工程と、
   前記撮像工程により取得された前記複数の基板の画像を処理する画像処理工程であって、前記光源によって前記基板の前端面に形成された照明反射像を画像処理し、前記照明反射像の特徴量を解析することにより前記複数の基板の収納状態を検出する、画像処理工程と、を備えた基板検出方法。
10. 前記画像処理工程において、前記照明反射像を２値化した後、各オブジェクトにラベリングを施し、各ラベルについて前記特徴量を解析する、請求項９記載の基板検出方法。
11. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、前記カセットの各スロット内に前記基板が存在するか否かを判定するものである、請求項１０に記載の基板検出方法。
12. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて面積値を算出し、算出面積値と規定面積値との比較により、ダブル基板の有無を判定するものである、請求項１０又は１１に記載の基板検出方法。
13. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて慣性主軸姿勢を算出し、算出慣性主軸姿勢と規定慣性主軸姿勢との比較により、クロス基板の有無を判定するものである、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の基板検出方法。
14. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて重心位置を算出し、算出重心位置と規定重心位置との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである、請求項１０乃至１３のいずれか一項に記載の基板検出方法。
15. 前記特徴量の解析は、前記各ラベルについて射影長を算出し、算出射影長と規定射影長との比較により、飛び出し基板の有無を判定するものである、請求項１０乃至１４のいずれか一項に記載の基板検出方法。
16. 前記光源は横長である、請求項１０乃至１５のいずれか一項に記載の基板検出方法。

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