JP3245645B2 - 多連式透過形光電センサおよび透過形光電センサならびに光電検出方法 - Google Patents

多連式透過形光電センサおよび透過形光電センサならびに光電検出方法

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 この発明は複数の対象物を一挙に検出する多連式透過
形光電センサ，および特に多連式透過形光電センサに適
用することが可能な単一の透過形光電センサ，ならびに
光電検出方法に関する。
背景技術 多連式透過形光電センサの一例として，半導体ディバ
イスの製造プロセスにおいて，ロットごとに半導体ウエ
ハの有無の検査，監視，ウエハの枚数の確認などに用い
られるウエハ・センサがある。
ウエハ・センサの例として特公平６−11070号公報，
実開平５−66987号公報に記載のものがある。これらの
文献に記載のウエハ・センサは，対をなし，かつ対向し
て配置される投光素子と受光素子とを含んでいる。投光
素子と受光素子の対によってウエハを挟むように，多数
の投光素子および受光素子が，一定間隔でウエハ・カセ
ットに保持されたウエハの間に挿入される。ウエハを挟
む投光素子と受光素子の対は透過形の光電センサを構成
する。投光素子からの投射光は，ウエハが存在すれば遮
光され，ウエハが存在しなければ対応する受光素子に受
光される。
半導体ウエハは不透明であるから上述のように投射光
の遮光の有無によりウエハの有無を検出できる。最近，
様々な用途から石英ガラス，サファイア・ガラス，液晶
ガラス，炭化珪素ガラスなどによる透明ウエハまたは半
透明ウエハが用いられるようになってきた。このような
透明または半透明ウエハは上記のウエハ・センサでは検
出できないか，または検出するのが困難である。なぜな
ら，透明ウエハは投光素子からの投射光をほとんど透過
し，投射光は小さな減衰を伴って受光素子に達するから
である。透明ウエハが存在する場合と，存在しない場合
における受光素子の受光量の差はわずかであり，この差
を識別することは困難である。また，外乱光や投，受光
素子の温度による特性の変化も無視できない。
特開平６−77307号公報には透明ウエハと不透明ウエ
ハの両方に適用可能なウエハ・センサが示されている。
このウエハ・センサは，発光面と受光面を持つ第１の素
子と，受光面を持つ第２の素子とを対向した状態で配置
したものである。第１の素子と第２の素子との間にウエ
ハが挿入される。不透明ウエハについては，第１の素子
の投射光はウエハが存在すればそのウエハによって遮光
され，ウエハが存在しなければ第２の素子によって受光
される。透明ウエハの場合には第１の素子から投射さ
れ，ウエハで反射した光（ウエハが存在する場合）が第
１の素子の受光面で受光される。ウエハが存在しなけれ
ば第１の素子の受光面には光は入射しない。透明ウエハ
であるか，不透明ウエハであるかがあらかじめ分かって
いることが前提であり，ウエハの種別に応じて，第１の
素子の受光信号と第２の素子の受光信号を切り替え，判
定回路に与える。
このウエハ・センサでは発光面と受光面とを持つ第１
の素子が必要である。透明ウエハの場合にはウエハから
の反射光を受光しているので，ウエハ表面の影響を受け
やすい。透明ウエハか不透明ウエハかの種別があらかじ
め分かっていなければならない。
上述したすべてのタイプのウエハ・センサのいずれに
おいても，投光（発光）素子および受光素子をウエハ間
の間隙に挿入しなければならない。ウエハ・カセットに
保持される多数のウエハの間隙は近年狭くなる方向にあ
る。投，受光素子の厚さおよびそれを保持する部材の厚
さを薄くするには限度がある。
半導体プロセスにおいてウエハに静電気が帯電すると
きがある。ウエハ間に挿入された投，受光素子の導電部
分を通して静電気が放電すると，誤検出，投，受光素子
の破壊につながるおそれがある。
発明の開示 この発明は，不透明体および透明体（半透明体を含
む）のいずれも検出可能な多連式透過形光電センサ，透
過形光電センサおよび光電検出方法を提供することを目
的とする。
この発明はまた，検出対象物の間に挿入されるセンシ
ング部分をできるだけ薄くできる構造をもつ多連式透過
形光電センサおよび透過形光電センサを提供することを
目的とする。
この発明はさらに，検出対象物に帯電した静電気の影
響をできるだけ少なくできる構造をもつ多連式透過形光
電センサおよび透過形光電センサを提供することを目的
とする。
さらにこの発明は投，受光素子の数をできるだけ少な
くすることができる構造をもつ多連式透過形光電センサ
を提供することを目的とする。
この発明による多連式透過形光電センサ（請求項１）
は，複数のセンシング・アームがセンサ・ケースに間隔
をおいて外方に突出するように設けられ，複数の投光素
子および複数の受光素子がセンサ・ケース内に設けら
れ，各センシング・アームに一対の投，受光素子が対応
し，各センシング・アームの先端部には，対応する投光
素子からの投射光を一方向に隣接するセンシング・アー
ムに向ける第１の偏向部材，上記一方向に隣接するセン
シング・アームからの投射光を対応する受光素子に向け
る第２の偏向部材，および他方向に隣接するセンシング
・アームからの投射光を上記他方向に隣接するセンシン
グ・アームに戻す第３の偏向部材が設けられているもの
である。
隣接する２つのセンシング・アームの間の空間が検出
領域であり，一つのセンシング・アームの投光素子から
の投射光が検出領域を少なくとも２回通って隣接する他
のセンシング・アームに達し，上記一のセンシング・ア
ームまたは上記他のセンシング・アームの受光素子に受
光される。受光素子の受光信号をレベル弁別することに
より，検出領域における少なくとも物体の有無が判断さ
れる。
この発明によると，投射光は隣接するセンシング・ア
ームの間（検出領域）を少なくとも２回通ることになる
ので，被検出物が透明または半透明のものであれば，投
射光は被検出物を少なくとも２回透過することになる。
減衰量が多くなり，透明または半透明の物体を確実に検
出できる。
また，この発明によると，複数のセンシング・アーム
が設けられているので複数の検出領域が設定され，複数
の検出領域において同時的にセンシング動作を行える。
センシング・アームの先端部には偏向部材（たとえば反
射面，プリズム等）を設ければ足り，投光素子および受
光素子を設ける必要はない。したがって，センシング・
アームの厚さを薄くすることが可能で，狭い検出領域に
適用することができる。この発明による光電センサをウ
エハ等の検出に用いた場合に，ウエハに静電気が帯電し
ていても，ウエハと投，受光素子との間の距離が長いの
で（長く設定できるので）静電気による投，受光素子お
よび検出回路への悪影響を防止できる。
一実施態様において，センシング・アームには，投光
素子からの投射光を第１の偏向部材に導く第１の光導
体，および第２の偏向部材からの光を受光素子に導く第
２の光導体の少なくとも一方が設けられる。センシング
・アームにおいて，光を確実に導くことができ，外乱光
等による影響を少なくすることができる。
この発明による他の多連式透過形光電センサ（請求項
２）は，複数のセンシング・アームがセンサ・ケースに
間隔をおいて外方に突出するように設けられ，複数の投
光素子および複数の受光素子がセンサ・ケース内に設け
られ，各センシング・アームに一つの投光素子または一
つの受光素子が対応し，投光素子に対応するセンシング
・アームの先端部には，投光素子からの投射光を２分割
して両側に隣接するセンシング・アームに向ける第１の
偏向部材が，受光素子に対応するセンシング・アームの
先端部には，隣接するセンシング・アームからの投射光
を対応する受光素子に向ける第２の偏向部材が，それぞ
れ設けられているものである。
一つの投光素子からの投射光を２分割して２つの検出
領域に進ませているので，投光素子および受光素子の数
を少なくすることができる。
好ましい実施態様においては，第１の偏向部材がセン
シング・アームの配列方向に対して投射光の光路を斜め
に向けるものであり，第２の偏向部材がセンシング・ア
ームの配列方向に対して斜めに進んできた光を受光素子
に向けるものである。
投射光が検出領域内の被検出物の表面に斜めに入射し
て透過する。物体表面に斜めに入射する光の反射光量損
失が大きいので，物体が透明または半透明のものでも，
確実に検出することが可能となる。
投射光が物体を斜めに透過するとその光軸がずれる。
光軸のずれをより顕著に検出できるように，受光素子の
前面に入射光を制限するスリットを設けておくことが好
ましい。受光素子に入射する光の光量が物体の有無（透
明物体であっても），種別に応じて大きく変化するの
で，確実な検出が可能となる。
光軸のずれを位置検出素子によって検出し，位置検出
素子の位置検出出力に基づいて物体の有無，種別を判別
することもできる。
位置検出素子から位置検出出力と受光出力とを得，こ
れらをそれぞれ所定のしきい値で弁別し，弁別結果の論
理演算を行うと，一層信頼性の高い物体検知（必要に応
じて種別判別も）が可能となる。
上述した２つの多連式透過形光電センサにおいて，複
数の検出領域における物体検知を時分割で行うために，
複数の投光素子を所定時間間隔で順次駆動する駆動手
段，および駆動される投光素子から投射される投射光を
受光する所定の受光素子の受光信号を投光素子の駆動に
同期して取り込む手段が設けられる。少なくとも一つの
しきい値を有し，このしきい値により受光素子の出力信
号を弁別することにより被検出物体の検出信号を出力す
る判定手段がさらに設けられる。
上記しきい値としては種々のものがある。その一は，
透明物体なしと透明物体ありとを弁別するものである。
その二は、半透明物体なしと半透明物体ありとを弁別す
るものである。その三は，透明物体と半透明物体とを弁
別するものである。その四は，透明物体と不透明物体と
を弁別するものである。その五は，半透明物体と不透明
物体とを弁別するものである。その六は，物体なしとあ
りとを弁別するものである。これらのしきい値を適切に
組み合わせてもよい。
この発明による単体としての（もちろん多連タイプに
も用いることができる）第１のタイプの透過形光電セン
サ（請求項17）は，投光素子と，この投光素子から出射
し検出領域を通過した光を受光する受光素子とを備えた
ものにおいて，投光素子の投射光をほぼ直角に曲げて検
出領域に向ける第１の偏向部材，検出領域からの光をほ
ぼ直角に曲げて受光素子に向ける第２の偏向部材，およ
び第１の偏向部材によって導出され検出領域を通過した
光を再び検出領域を経て第２の偏向部材に向ける第３の
偏向部材を備えていることを特徴とする。
好ましくは，第３の偏向部材が，入射光をほぼ直角に
曲げる２つの偏向部材を含み，第１の偏向部材によって
検出領域に導出された光とほぼ平行な光を第２の偏向部
材に向けるものである。
投光素子からの投射光は第１の偏向部材から検出領域
を通って第３の偏向部材に向かい，第３の偏向部材から
再び検出領域を通って第２の偏向部材に進み，さらに受
光素子に達する。
投射光が少なくとも２回，またはそれ以上にわたって
検出領域を通過するように構成されているので，検出領
域に透明体または半透明体が存在する場合には，投射光
が透明体または半透明体を少なくとも２回透過する。投
射光の減衰量が大きくなるので，透明体（または半透明
体）であっても確実に検出することができる。投射光は
第１の偏向部材でほぼ直角に偏向され，第２の偏向部材
でほぼ直角に偏向されて受光素子に達するように構成さ
れているので，投射光が直接に受光素子に達することは
なく，反射等による誤検知等を防止できる。
第１のタイプの透過形光電センサは，多連形にするこ
ともできる。この場合には，好ましくは，この光電セン
サ（請求項20）は，検出領域を挟んで対向して配置され
た少なくとも２つの第１および第２のセンシング・アー
ムを含む。第１のセンシング・アームは，その基部から
導出されアームの長手方向に沿って進む投光素子の投射
光を，先端部において，アームの長手方向にほぼ垂直な
方向に偏向して検出領域に向ける第１の偏向部材と，検
出領域からの光を，先端部においてほぼ直角な方向に偏
向して，アームの長手方向に沿って進ませ受光素子に導
く第２の偏向部材とを備える。第２のセンシング・アー
ムは，第１の偏向部材から検出領域を経て進んできた光
を再び検出領域を経て第２の偏向部材に向けて進ませる
第３の偏向部材を備える。
この発明による光電検出方法は次のように表現でき
る。すなわちこの発明による光電検出方法（請求項21）
は，投光素子からの光をほぼ直角に偏向して検出領域に
進ませ，検出領域を通過した光を再び検出領域に向ける
ことにより，検出領域を少なくとも２回通過させ，検出
領域を少なくとも２回通過した光をほぼ直角に偏向して
受光素子に導き，受光素子の出力信号に基づいて検出領
域に存在する物体を検出するものである。
第２のタイプの透過形光電センサ（請求項22）は，第
１のセンシング・アームと，この第１のセンシング・ア
ームの両側に検出領域を挟んでそれぞれ配置された第２
および第３のセンシング・アームとを含む。第１のセン
シング・アームは，その基部から導出され，アームの長
手方向に沿って進む投光素子の投射光を，先端部におい
て２つに分割し，これらの分割した光をほぼ直角に偏向
して両側の検出領域に向ける第１の分割，偏向部材を備
え，第２および第３のセンシング・アームは，第１の分
割，偏向部材から検出領域を通って進んできた光を，先
端部においてほぼ直角に偏向して，アームの長手方向に
沿って進ませ受光素子に導く第２および第３の偏向部材
をそれぞれ備えているものである。
一つの投光素子からの投射光が第１の分割，偏向部材
で２つの光に分割され,2つの検出領域に進む。これらの
検出領域を通過した２つの光はそれぞれ第2,第３の偏向
部材で偏向されてそれぞれ別個の受光素子に受光され
る。一つの投光素子により,2つの検出領域の物体に関す
る検知が可能となり素子数が減少する。この光電センサ
を多連式センサに適用した場合には，投光素子，受光素
子の数を大幅に減少させることができる。
図面の簡単な説明 第１図はウエハ・カセット内のウエハの検出にウエハ
・センサが用いられる様子を示す斜視図である。
第２図はウエハ・センサの一部を拡大して示す斜視図
である。
第３図は第１実施例のウエハ・センサの検出原理を示
すものである。
第４図は第１実施例のセンシング・アームを表からみ
た斜視図である。
第５図は同センシング・アームを裏からみた斜視図で
ある。
第６図は同センシング・アームの背面図である。
第７図は第４図のVII−VII線に沿う断面図である。
第８図は第４図のVIII−VIII線に沿う断面図である。
第９図は検出回路を示すブロック図である。
第10図は検出回路の動作を示すタイム・チャートであ
る。
第11図は第１の変形例のセンシング・アームを表から
みた斜視図である。
第12図は第11図のXII−XII線に沿う断面図である。
第13図は第１の変形例のセンシング・アームの分解斜
視図である。
第14図は第２の変形例のセンシング・アームを一部で
切断して示す斜視図である。
第15図は第14図のXV−XV線に沿う断面図である。
第16図は他の検出原理を示すものである。
第17図はさらに他の検出原理を示すものである。
第18図は第２実施例の示すもので，いくつかのセンシ
ング・アームを示す斜視図である。
第19a図および第19b図は第２実施例のウエハ・センサ
の検出原理を示すものである。
第20図は第２実施例の検出回路の一例を示すブロック
図である。
第21図は第３実施例における第１の態様を示すセンシ
ング・アームの斜視図である。
第22図は第21図に示すセンシング・アームの一部の縦
断面図である。
第23図はウエハ・センサ全体の斜視図である。
第24図は第１の態様の検出原理を示すものである。
第25図は第３実施例における第２の態様を示すセンシ
ング・アームの斜視図である。
第26図は第２の態様の検出原理を示すものである。
第27図は第３実施例の検出回路の一例を示すブロック
図である。
第28図は第27図に示す検出回路の動作を示すタイム・
チャートである。
第29図は第４実施例を示すもので，ウエハ・センサの
正面図である。
第30図はウエハ・センサのカバーを外して内部を露出
させた正面図である。
第31図はウエハ・センサの内部を幾重にも破断して示
す拡大正面図である。
第32図はシールド板とシールド片を示す分解斜視図で
ある。
第33図はウエハ・センサの横断面図である。
発明を実施するための最良の形態 第１実施例 第１図は半導体ディバイスの製造プロセスにおいて，
多数枚のウエハ９がウエハ・カセット（またはウエハ・
キャリア）８に保持されている様子を示している。ウエ
ハ・カセット８の両側壁は底部にいくにしたがって狭く
なるように形成され，底面が開口している。ウエハ・カ
セット８の両側壁の内面には所定間隔で多数の保持溝
（図示略）が縦方向に形成されている。各ウエハ９はこ
れらの保持溝内に上下移動自在，回転自在に保持されて
いる。ウエハ９間の間隔は保持溝の間隔によって定ま
る。製造プロセス中の整列部において，整列ローラ７が
カセット８内のウエハ９を回転させて整列（姿勢の調
整）させる，たとえばすべてのウエハ９のオリエンテー
ション・フラットが下部に位置するように整える。
ウエハ・センサ10は，第２図に示されているように，
センサ・ケース11とその上面に所定間隔で配列された多
数のセンシング・アーム12を含む。センシング・アーム
12はセンサ・ケース11の上面から上方に突出している。
センシング・アーム12の間隔はウエハ・カセット８に保
持されたウエハ９の間隔と等しい。
ウエハ・センサ10は昇降ベース６上に設けられてお
り，昇降ベース６が上昇することにより上昇し，両端に
位置するものを除いて各センシング・アーム12が，整列
ローラ７の側方において，ウエハ９の間に進入する。す
なわち，各ウエハ９は隣接する２つのセンシング・アー
ム12によって挟まれる。
後に詳述するところから明らかになるように，センシ
ング・アーム12は透過形光電センサの一部を構成してい
る。ウエハ・センサ10によって，ウエハ・カセット９に
収納されたウエハの有無，枚数等が検出される。この
後，ウエハ・センサ10は下降し，ウエハ・カセット９は
次工程に送られる。
第３図はウエハ・センサ10（透過形光電センサ，また
は多連式透過形光電センサ）の検出原理を示すものであ
る。被検出物（対象物）の一例として上述したウエハを
挙げることができるが，その外に不透明，透明，半透明
を問わず種々のものを対象物とすることができる。説明
の便宜上，被検出物OBは透明（または半透明）であると
仮定する。
投光素子21と受光素子22とが間隔をおいて並べて配置
されている。これらの投光素子21と受光素子22との光軸
は平行（または，ほぼ平行）である。投光素子21から出
射した投射光が受光素子22に到達するまでの光路L1,L2,
L3,L4およびL5を形成するために４つの反射面（たとえ
ば鏡面，またはミラー）が被検出物OBとの関連で次のよ
うに配置されている。
投光素子21は投光レンズ（図示略）を含み（または投
光レンズが投光素子21の前面に設けられ），コリメート
された投射光が投光素子21から出射する。この投射光は
投光素子21の光軸に沿って進み（光路L1），反射面13A
によって反射され，光路L2に向かう。光路L2は投光素子
21の光軸（光路L1）と受光素子22の光軸（光路L5）とを
含む平面（以下，基準平面という）に対して垂直（また
は，ほぼ垂直）である。光路L2に沿って進む投射光は被
検出物OBに垂直（または，ほぼ垂直）に入射する。
被検出物OBに入射した光は被検出物OBを透過する過程
で少し減衰する。被検出物OBを透過した光は反射面14AA
で再び反射し，その光路が直角（または，ほぼ直角）に
曲げられる。光路L2に垂直（または，ほぼ垂直）な光路
L3は基準平面に平行（または，ほぼ平行）である。光路
L3に沿って進む光はさらに反射面14BBで反射し，光路L4
に沿って進む。光路L4は光路L3に垂直（または，ほぼ垂
直）で，光路L2と平行（または，ほぼ平行）である。
光路L4に沿って進む光は再び被検出物OBに入射する。
被検出物OBを透過する過程で光は少し減衰する。被検出
物OBを透過した光はさらに反射面13Bで反射して，光路L
5に沿って受光素子22に向かい，受光レンズ（図示略）
により集光されて受光素子22に入射する。
結局，投射光は被検出部OBを２回透過することにな
る。光路L2とL4が検出領域を通過する光の光路である。
これらの光路L2とL4がつくる平面は基準平面に対して垂
直（または，ほぼ垂直）である。被検出物OBが平面状の
ものの場合には，被検出物OBは基準平面と平行（また
は，ほぼ平行）に配置されることが好ましい。
被検出物OBは透明体であってもその透過率は100％で
はなく，光は被検出物OBを透過するときに減衰する。投
射光は被検出物OBを２回透過するので，その減衰は１回
の透過の場合に比べて大きくなる。
たとえば，透明ウエハの透過率を92％とする。被検出
物（透明ウエハ）が存在しないときの受光素子22の受光
量（受光信号のレベル）を100とする。投射光は透明ウ
エハを２回透過するので，受光素子22の受光量は100×
0.92×0.92＝84.6となる。90付近にしきい値を設定して
おき，受光素子22の受光量をこのしきい値とを比較する
ことにより，透明ウエハの有無を検出することができ
る。被検出物OBとして不透明ウエハが存在するときに
は，光路L2に導かれた投射光は検出領域で不透明ウエハ
によって遮断されてしまい，受光素子22の受光量はほぼ
０となる。しきい値として，たとえば60と90の２つを設
定しておけば，透明ウエハの存在と，不透明ウエハの存
在を区別して検出することができる。受光量が60以下な
ら不透明ウエハが存在し,60以上90以下なら透明ウエハ
が存在し,90以上ならウエハが無いと判断する。このよ
うにして，ウエハの有無のみならず，その種別も判断す
ることができる。透明ウエハおよび不透明ウエハに加え
て，半透明ウエハの識別と検出も同じように可能であ
る。半透明ウエハを光が２回透過したときの受光素子の
受光量をあらかじめ求めておき，これに基づいて３つの
異なるしきい値を設定すればよい。
上述の２本の平行な光路L2とL4は，検出領域内の離れ
た位置に形成することが好ましい。不透明ウエハの表面
がたいてい鏡面状態となっているので,2本の光路L2とL4
が接近していたとすると，投光素子21からの投射光が反
射面13Aで反射し光路L2を進んでウエハに入射したとき
にウエハの表面で正反射し，反射面13Bを介して受光素
子22に達してしまうことがありうるからである。この場
合には，受光素子22の受光量がしきい値90以上となり，
ウエハが存在するにもかかわらず，ウエハ無しと誤検出
してしまうおそれがある。
光路L2とL4をウエハの表面に対して垂直（または，ほ
ぼ垂直）に設定しているのも，ウエハ表面で反射する反
射光が受光素子22に入射しないようにするためである。
投射光がウエハの表面に垂直に入射すれば，その反射光
は反射面13Aや投光素子21に戻ることはあっても，反射
面13Bや受光素子22に向かうことはないからである。
また，検出領域における光路L2とL4を基準平面に垂直
（または，ほぼ垂直）に形成しているのは，投射光がウ
エハの表面で反射して，その反射光が直接に受光素子22
に帰らないようにするためである。
上述した検出原理にしたがって，センシング・アーム
12には反射面13A,13Bと，一方側に隣接するセンシング
・アームからの光を反射するための反射面14A,14B（反
射面14AA,14BBに対応）とが形成されている。反射面14A
Aと14BBは他方側に隣接するセンシング・アームに反射
面14A,14Bとして形成されたものである。センシング・
アーム12はウエハ９間に進入し，隣接する２つのセンシ
ング・アーム12によってそれらの間のウエハ９を挟む。
ウエハ９を２回透過する光路L2,L4が２つのセンシング
・アーム12間につくられる。ウエハ９の間隔は狭いの
で，この狭い間隔に進入できるように，センシング・ア
ーム12は薄くて板状の形をしている。
センシング・アーム12の具体的構成について第４図か
ら第８図を参照して説明する。
センシング・アーム12はアーム・フレーム15と取付ピ
ース16とから構成され，これらが黒色不透明樹脂（絶縁
性樹脂）により一体的に形成されている。第４図にＡ−
Ａ線で示されているアーム・フレーム15の基部と取付ピ
ース16とがセンサ・ケース11の凹部または穴内に嵌入さ
れることにより，センシング・アーム12はそのアーム・
フレーム15がケース11から外方に突出した状態で取り付
けられる。
取付ピース16には２つの素子収納凹部17,18が形成さ
れている。投光素子21はたとえば発光ダイオード（LE
D）から構成され，発光ダイオードの発光面の前には投
光レンズが設けられている。投光素子21は凹部17内に圧
入され，凹部17内に保持されている。受光素子22はフォ
トダイオードであり，導電材料からなるシールド・ケー
ス23内に収められた状態で収納凹部18内に圧入され，か
つ凹部18内に保持される。シールド・ケース23は受光素
子22の受光面およびリード以外の部分を覆う。収納凹部
17,18の前面（アーム・フレーム15にのぞむ面）にはそ
れぞれ投光窓，受光窓があけられている。凹部17,18内
に収められた投光素子21,受光素子22の投光面，受光面
はこれらの投光窓，受光窓にそれぞれのぞんでいる。
アーム・フレーム15は２本の平行にのびる部材15A,15
Bと，これらの部材15Aと15Bの先端間をつなぐ部材15Cと
から構成されている。凹部17内に収められた投光素子21
から投光窓を経て出射する出射光は部材15Aの内側に沿
って外方に進む（ここが光路L1である）。また，部材15
Bの内側（光路L5）に沿って内方に進む光は凹部18の受
光窓からその内部の受光素子22に受光される。
第４図および第５図はセンシング・アーム12をそれぞ
れ反対側からみた斜視図である。第４図において見える
面を説明の便宜上表面，第５図において見える面を裏面
ということにする。
センシング・アーム12のアーム・フレーム15の連結部
材15Cの内側に反射部材13が突出するように一体的に形
成されている。特に，第４図，第７図および第８図を参
照して，アーム・フレーム15の表面において，反射部材
13にはその左右に２つの反射面13A,13Bが形成されてい
る。これらの反射面13A,13Bは取付ピース16に45度で面
する斜面である。投光素子21からの投射光（光路L1）は
反射面13Aで反射して，光路L2に沿って検出領域（ウエ
ハ９）に向かう。検出領域（ウエハ９）から光路L4を通
って入射する光は反射面13Bで反射して光路L5に向かい
受光素子22に達する。
特に第５図，第６図，第７図および第８図を参照し
て，アーム・フレーム15の裏面において，反射部材13に
は左右に２つの反射面14A,14Bが形成されている。これ
らの反射面14A,14Bは互いに向かいあい，かつ45度に傾
いている。隣接するセンシング・アームの反射面13Aで
反射した光は検出領域（ウエハ９）を通り，光路L2A
（上述した光路L2に対応）に沿い，反射面14Aに入射す
る。この光は反射面14Aで反射して，光路L3AB（光路L3
に対応）を通って反射面14Bに入射する。この入射光は
反射面14Bでさらに反射して，光路L4B（光路L4に対応）
に沿って検出領域（ウエハ９）に向かう。
これらの裏面の反射面14A,14Bは表面の反射面13A,13B
のほぼ反対側に形成されている。反射面13A,13B,14A,14
Bは黒色不透明樹脂により形成された反射部材13にこれ
らの反射面の位置にミラーを接着することにより形成す
ることもできるし，アルミニウム等の金属を蒸着するこ
とにより形成することもできる。表面の反射面13Aと13B
はやや幅の狭い部材13aでつながっている。この部材13a
は鏡面としても，しなくてもどちらでもよい。むしろ部
分13aを反射面としない方がよい。そのことにより，投
光素子21からの投射光と検出領域から受光素子22に向か
う光が広がりをもっていても，これらの光を分離して誤
動作の要因となる迷光を除去することができる。同じよ
うに，反射面14Aと14Bとの間にある面14a（この面14aは
アーム・フレーム15の表面または裏面に対して垂直であ
る）も反射面にせず，黒色樹脂のままにしておく方がよ
い。むしろ，この面14aに反射を減少させる加工をした
り，光吸収材を塗っておいてもよい。
以上のようにして，センサ・ケース11に多数のセンシ
ング・アーム12を突出状に設け，各センシング・アーム
12に投光素子21と受光素子22の対を設け，多数枚の一定
間隔に配列したウエハ９の間にこれらのセンシング・ア
ーム12を進入させ，投光素子21からの投射光をセンシン
グ・アーム12の先端から隣接するセンシング・アームに
向かわせ，隣接するセンシング・アームでその光を反射
させて再び上記のセンシング・アーム12に戻し，受光素
子22に受光させる構成とすることにより，多数枚のウエ
ハの存在を一挙に検知することができる。
投射光は受光素子に受光されるまでにウエハを２回透
過するので，ウエハが透明であるか不透明であるかを問
わず（半透明であっても），それらの存在の有無の検出
が可能であるとともに，種別（透明，不透明，半透明）
の判別も可能である。
センシング・アーム12には導光と光の反射を果たす部
材（アーム・フレームおよび反射面）を設ければよいか
ら，センシング・アームを薄くすることができ，間隔の
狭いウエハ群にも適用できる。
ウエハ９間に挿入されるセンシング・アーム12の先端
部と投，受光素子21,22との間には比較的長い距離があ
るので，これが絶縁距離として働く。ウエハ９に帯電し
た静電気が投，受光素子21,22またはその回路を通して
放電しにくい構造となっている。受光素子22はシールド
・ケース23によってシールドされているので，放電によ
る破壊を受けにくい（シールド・ケース23はアースされ
る）。
センシング・アーム12のケース11から突出している部
分（アーム・フレーム15）の表面をフッ素コーティング
処理することが望ましい。ウエハの製造，加工には化学
薬品が使われることが多い。強酸性薬品が付着したウエ
ハにウエハ・センサを接近させると，アーム・フレーム
15に強酸性薬品が付着することがありうる。フッ素コー
ティングにより強酸性薬品による腐食を防止することが
できる。フッ素コーティングをするとアーム・フレーム
15の表面が固くなる。センシング・アーム12にウエハ，
その他の物が衝突しても，アームが欠けたり割れたりす
ることを防止できる。
上記実施例ではアーム・フレーム15と取付ピース16が
一体的に形成されているが，これらを別体とすることも
できる。アーム・フレーム15をケース11に一体的に形成
してもよい。取付ピース16のみをケース11に取り付けて
もよい。複数の取付ピースを一体に形成することもでき
る。
センシング・アーム12は一挙に検出すべきウエハ９の
枚数よりも１個多く設けられる。たとえば，最大25枚の
ウエハ９を収納することができるウエハ・カセット８に
適したウエハ・センサ10には26個のセンシング・アーム
12が設けられる。このうちの25個のセンシング・アーム
12に投，受光素子21,22が設けられている。最も端に位
置し，隣接するセンシング・アームからの投射光を反射
して戻すだけの役割をもつ１個のセンシング・アームに
は投，受光素子は不要である。
第９図にはこのような構成のウエハ・センサのケース
11内に設けられた検出回路が示されており，その動作タ
イミングが第10図に示されている。25対の投，受光素子
を１チャネル（1CH）から25チャネル（25CH）とする。
CPU30は投光制御，受光制御および入力する受光出力
に基づく判定処理を行う。
CPU30は25CH分の投光素子21を一定時間間隔で順次指
定する信号をデコーダ31に与える。デコーダ31はこの指
定信号を解読して，投光切替回路33に設けられた25個の
投光素子21のうちの指定された投光素子に対応するゲー
トを開くとともに，投光ドライバ32を駆動する。これに
より,25個の投光素子21が順次一定時間間隔で駆動さ
れ，投射光が順次出力されていく。25個の投光素子21の
駆動時間は重なっていないのはいうまでもない。
デコーダ31はまた，投光素子21のゲートを開く時点よ
りもわずかに遅れて，受光切替回路34に設けられた対応
する受光素子22のゲートを開く。一定時間間隔ごとに１
つの受光素子22のゲートが開かれ，その受光素子22の受
光信号のみが受光切替回路34を通過してバンド・パス・
フィルタ35に与えられる。受光信号はフィルタ35,前置
増幅器36,主増幅器37,コム・フィルタ38を経てピーク・
ホールド回路39に与えられる。コム・フィルタ38は低周
波成分のノイズをカットするものである。ピーク・ホー
ルド回路39は受光ゲートが開くタイミングでリセットさ
れる。回路39にホールドされた信号は，次の受光信号の
ゲートが開く前に受光出力としてCPU30に取り込まれ
る。
CPU30はこのようにして順次取り込んだ受光出力のレ
ベルをあらかじめ設定されているしきい値と比較するこ
とにより，ウエハの有無を判定する。上述のように,2レ
ベルまたは３レベルのしきい値が設定されていれば，ウ
エハの種別（不透明，半透明または透明）も判定するこ
とができる。CPU30はまた，必要に応じて，存在するウ
エハの枚数を計数する（ウエハ・カウンタ）。CPU30は
さらにどの位置に（どの種別の）ウエハが存在するかを
示す出力を発生する（ウエハ・アドレス・センサ）。
ウエハの検出処理に先だって，ウエハ９が存在しない
ときに投光素子21から光を投射させ，その光を受光素子
22で受光し，このときの受光素子22の受光出力を100％
としてしきい値の設定または補正を行うとよい。
これらのCPU30の判定結果，または出力信号は出力回
路40からケーブル41を通して外部に出力される。この出
力信号に基づいて，コントローラなどにより，ウエハ処
理装置，半導体ディバイス製造装置等の制御が行われ
る。ケース11に25個の表示灯を設け，これらの表示灯に
よりウエハごとにその存在の有無を表示してもよい。
変形例 以下に第１実施例の変形例について説明する。
第11図から第13図は第１の変形例によるセンシング・
アーム12Aを示すものである。このセンシング・アーム1
2Aにおいては，センシング・アーム12Aにおいて光を導
波するために光ファイバが用いられ，光を偏向するため
にプリズムが用いられている。投，受光素子の図示は省
略されている。
センシング・アーム12Aは取付ピース16と一体に形成
されたアーム・ベース55と，このアーム・ベース55のカ
バー56とを含んでいる。アーム・ベース55の先端部分は
厚く形成されている。この先端部分にプリズム53A,53B
が収められる凹部53a,53bが形成されている。アーム・
ベース55およびカバー56の内面にはそれぞれ光ファイバ
52A,52Bを収める断面半円形の溝55a,55b,56a,56bが形成
されている。
ベース55の凹部53a,53b内に三角プリズム53A,53Bが，
溝55a,55b内に光ファイバ52A,52Bがそれぞれ収められた
状態でカバー56がベース55に接着されている。プリズム
53A,53Bの斜面が反射面13A,13Bとして働く。投光素子か
らの投射光は光ファイバ52Aを通ってプリズム53Aに入
り，その反射面13Aで反射して外部の検出領域に出射す
る。検出領域からの光はプリズム53Bに入り，その反射
面13Bで反射して光ファイバ52Bに入射し，光ファイバ52
Bを通って受光素子に達する。
ベース55の先端部分の下面には，反射面14A,14Bとし
て働くプリズム（第12図に一方のプリズム54Bのみ示
す）が収められている。
この第１変形例のセンシング・アーム12Aは次のよう
な特長を持つ。上記第１実施例のセンシング・アーム12
のアーム・フレーム15は中央部がくりぬかれているが，
第１変形例のセンシング・アーム12Aは中空の空間を持
たないので強度が高く，外力に対して強い。センシング
・アーム12Aがウエハ・カセットに衝突しても破損しに
くい。また，反射面を形成するためのアルミニュウム蒸
着の工程が不要である。光は光ファイバ52A,52Bおよび
プリズム53A,53Bの中を通るので，外乱光が入りにく
く，誤動作の要因が減る。
光ファイバ52A,52Bとプリズム53A,53Bとの間にレンズ
を配置して投射光のコリメート化，検出領域からの光の
集光を行うようにすることもできる。プリズムとしてレ
ンズ機能を持った光学素子を用いることもできる。
第14図および第15図はセンシング・アームの第２の変
形例を示すものである。
このセンシング・アーム12Bは取付ピース16と一体的
に形成されたアーム・フレーム65を含んでいる。アーム
・フレーム65は第１実施例のアーム・フレーム15の中央
にもう一つの部材を加えた形状である。
アーム・フレーム65の外方に延びる部材と中央の部材
との間にオプティカル・ガイド62A,62Bが設けられてい
る。オプティカル・ガイド62A,62Bの先端部には斜めの
反射面13A,13Bが形成されている。この反射面13A,13Bも
また，オプティカル・ガイド62A,62Bの先端に45度の傾
斜面を形成し，この傾斜面にミラーを貼るか，アルミニ
ウム等を蒸着することにより構成される。
オプティカル・ガイド62A,62Bの投，受光素子側の端
面は外方に突出するように湾曲面62a,62bに形成され，
この湾曲面62a,62bの部分がレンズ機能を持つ。投光素
子からの投射光はこのレンズ機能部分によりコリメート
されてオプティカル・ガイド62Aに入射する。オプティ
カル・ガイド62Bによって案内された光はレンズ機能部
分により集光されて受光素子に入射する。
オプティカル・ガイド62A,62Bの先端の反射面13A,13B
の裏側には反射部材（第15図に一方のみ符号64Bで示
す）が設けられ，これらの部材に反射面14A,14B（図示
されていない）が形成されている。反射部材の反射面14
A,14Bはミラーの接着，アルミニウムの蒸着等により形
成するか，またはプリズムによって実現される。
第２変形例のセンシング・アームもまた強度が高いと
いう特長を持つとともに，第１変形例のセンシング・ア
ームに比べてベースとカバーに分離しなくてもよいので
つくりやすい。
第16図は他の検出原理を示すものである。ここでは，
投射光が被検出物OB（検出領域）を３回透過する。前段
の投光素子21からの投射光を後段の受光素子22が受光す
る。
投光素子21から出射した光は反射面13Aで反射して被
検出物OBに向かい，被検出物OBを透過する。この光は反
射面14AA,14BBで反射して再び被検出物OBに向かい，透
過する。この光はさらに反射面13C,13Dで反射して三度
被検出物OBを透過し，反射面13BBで反射して受光素子22
に向かう。
被検出物OBを３回通るので，被検出物OBが透明体であ
ったとしても受光素子に受光される光はより多く減衰
し，一層正確な透明体の検出が可能である。透明ウエハ
の透過率を92％，ウエハ無しのときの受光量を100とす
ると，透明ウエハが存在するときの受光量は100×0.92
×0.92×0.92＝77.9となる。しきい値を，たとえば86付
近に設定することにより，透明ウエハを検出できる。第
１実施例と比較すると，受光量のS/N比が大きくとれ，
透明ウエハをより安定して検出できるようになる。
センシング・アームには，投光素子21,前段の光を受
光する受光素子22A,反射面13A,13C,13D,前段の光のため
の反射面14A,14B,13B（反射面14AA,14BB,13BBに対応）
を設ければよい。
第17図は投射光が被検出物OB（検出領域）を４回透過
する構成を示すものである。第１実施例に比べると，中
央の反射面13C,13D,14CC,14DDが追加されている。
投射光は投光素子21から，反射面13Aで反射して被検
出物OBを１回透過し，反射面14AA,14CCで反射して２回
目透過し，反射面13CC,13Dで反射して３回目透過し，反
射面14DD,14BBで反射して４回目透過し，最後に反射面1
3Bで反射して受光素子22に入射する。
透明ウエハの透過率を92％，ウエハ無しのときの受光
量を100とすると,100×0.92×0.92×0.92×0.92＝71.6
となり，さらにS/N比を大きくとれる。透明ウエハをさ
らに安定して検出できる。
センシング・アームには，投光素子21,受光素子22,反
射面13A,13C,13D,13Bおよび前段の光のための反射面14
A,14C,14D,14B（反射面14AA,14CC,14DD,14BBに対応）を
設ければよい。
透明ウエハ（検出領域）を光が透過する回数を５回以
上に増加させることもできる。S/N比が一層高くなり，
透明ウエハの検出が一層安定する。
第２実施例 第18図は第２実施例のウエハ・センサの一部を示すも
のである。隣接する２つのセンシング・アームが図示さ
れている。一挙に検出すべきウエハの数よりも１つ多い
数のセンシング・アームがケース（図示略）に一方向に
一列に配列されている。被検出物としてのウエハは平板
状であり，センシング・アーム間に，センシング・アー
ムの配列方向とウエハの表面とが垂直になるように位置
する。
隣接する２つのセンシング・アームが符号12mと12nと
によって示されている。これらのセンシング・アームは
同一であるから，一方のセンシング・アーム12mについ
てまず説明する。
センシング・アーム12mは取付ピース16と一体的に形
成されたアーム・フレーム15mを備えている。取付ピー
ス16内には投光素子21mと受光素子22mとが収められてい
る。これらの投光素子21m,受光素子22mを第18図では，
便宜的に，実線と破線の円で描いている。
センシング・アーム12mのアーム・フレーム15mの先端
部の結合部材の内側には２つの反射面72Am,72Bmがミラ
ーの接着，アルミニウムの蒸着等により形成されてい
る。反射面72Amは投光素子21mから出射してフレーム15m
の一側に沿って進む投射光を，その投射光の進行方向と
ほぼ垂直でかつセンシング・アームの配列方向（鎖線Ｍ
で表す）に対して斜めに反射するものである。反射面72
Bmは配列方向Ｍに斜めに進んできた光をほぼ垂直下方に
反射して受光素子22mに向けるものである。受光素子22m
の受光面にはスリット71が形成され，受光素子22mに入
射する光を制限している。
センシング・アーム12nにおいて，センシング・アー
ム12mにおけるものと同一物には同一の数字に符号ｍに
代えてｎを付して表す。
センシング・アーム12mの投光素子21mから出射した光
は反射面72Amで反射して，隣接するセンシング・アーム
12nの反射面72Bnに向かい，この反射面72Bnで反射して
スリット71を通って受光素子22nに受光される。
第19a図および第19b図に検出原理が示されている。
第19a図において,2つのセンシング・アーム12mと12n
の間に不透明のウエハ9Aが存在する場合には，反射面72
Amからの投射光はウエハ9Aの表面で反射して，反射面72
Bnには達しない。当然に受光素子22nにも達しない。
第19b図において,2つのセンシング・アーム12mと12n
との間に透明または半透明のウエハ9Bが存在するとす
る。このウエハ9Bの表面は配列方向Ｍに対して垂直であ
り，反射面72Amからの投射光はウエハ9Bに斜めに入射す
る。
透明または半透明のウエハ9Bに斜めに入射してウエハ
9Bを透過する光には反射による光量損失（入射角度に依
存する表面反射損失および内部でのフレネル反射による
光量損失）が生じる。ウエハ9Bを透過した光は反射面72
Bnで反射して受光素子22nに受光される。
受光素子22nに受光される光の光量は，ウエハ9Bに垂
直に入射して透過した光を受光した場合に比べて，ウエ
ハ9Bが存在しない場合に比べるとより一層，上記のよう
な斜めに入射した光の反射による光量損失により，かな
り少ないものとなる。したがって，ウエハが存在しない
場合と透明または半透明ウエハが存在する場合とでは受
光量にかなりの差が生じ，これらを受光信号のレベルを
用いて充分に弁別することが可能となる。ウエハが存在
しない場合の受光量と透明または半透明ウエハが存在す
る場合の受光量との間にしきい値を設定すればよい。
透明または半透明ウエハ9Bに斜めに光が透過すると，
第19b図に破線と鎖線で示すように光軸がずれるので，
反射面72Bnで反射した光が受光素子22nに入射する位置
もずれる。ウエハが存在しない場合に光の中心部が入射
する位置にスリット71を形成しておく。ウエハ9Bが存在
する場合には，受光素子22nへの入射光の中心部はスリ
ット71の外になるか，または内側であってもその縁にな
るので，受光素子22nに実際に入射する光量はかなり減
少する。スリット71を設けることにより，透明または不
透明ウエハ9Bが存在する場合には，ウエハが存在しない
場合に比べて受光素子の受光量がかなり減少し，これら
を明確に弁別することが可能となる。スリット71の幅，
位置は，入射光のビーム径，入射位置等を考慮して，ウ
エハ9Bが存在する場合に受光素子22nへの入射光量がで
きるだけ減少するように選定されることが好ましい。
多数のセンシング・アームが配列されている場合に，
投光素子と受光素子の駆動は次のように行えばよい。
第ｍ番目の投光素子21mを駆動して投射光が出射した
タイミングで（またはこれよりもわずかに遅れて）第ｎ
番目（第ｍ番目の隣りに配列されている）（ｎ＝ｍ＋
１）の受光素子22nの受光信号の通過を制御するゲート
を開いて，その受光素子の出力信号を取り込む。駆動す
る投光素子とゲートを開く受光素子を１つずつ一定周期
でずらしていく。すなわち，隣接するセンシング・アー
ムの一方の投光素子と他方の受光素子を対として取り扱
えばよい。
反射面72Amの位置に投光素子を，反射面72Bnの位置に
受光素子を配置し，投光素子からの光をウエハ（被検出
物）に斜めに入射させ，ウエハを斜めに透過した光を受
光素子で受光するようにしてもよい。
上述したように，ウエハ（被検出物）を斜めに透過し
た光の光軸がずれるので，この光軸のずれ（入射位置の
ずれ）を検出することにより，透明または半透明ウエハ
の存在を検出することもできる。入射位置のずれと受光
量の減少の両方に基づいて透明または半透明ウエハの存
在を検出してもよい。
これらの場合には，受光素子に代えて位置検出素子
（PSD）が配置される。第20図は入射位置と受光量とに
基づいて透明（または半透明）ウエハを検出する回路を
示すものである。
26個のセンシング・アーム12（一括して符号12で示
す）が配列されているものとする。第１番目のセンシン
グ・アームには発光素子21（LED1で示す）のみが設けら
れ,PSDは設けられていない。第２番目のセンシング・ア
ームに設けられている発光素子およびPSDをそれぞれLED
2,PSD2とする。以下同様に第ｉ番目（ｉ＝３〜25）のセ
ンシング・アームの発光素子およびPSDをLEDi,PSDiとす
る。第26番目のセンシング・アームにはPSDのみが設け
られ，これをPSD26とする。ｉ番目（ｉ＝１〜25）のセ
ンシング・アームとｊ番目（ｊ＝ｉ＋１）のセンシング
・アームとの間にウエハが存在しない場合，または透明
（もしくは半透明）ウエハがある場合には,LEDiの投射
光はPSDjによって受光される（チャネルｉ）。
LEDの駆動のためにドライバ102が設けられている。ド
ライバ102の出力は投光ゲート切替回路103を経ていずれ
か一つのLEDに与えられる。PSDは一次元PSDであり，そ
の２つの出力I1,I2はそれぞれ初段増幅器（25×２＝50
個の増幅器が符号105で示されている）によって増幅さ
れ，受光ゲート切替回路105に与えられる。受光ゲート
切替回路105はいずれか一つのPSDの出力の通過を許す。
投光ゲート切替回路103および受光ゲート切替回路105
はタイミング制御回路101によって制御される。タイミ
ング制御回路101はLED1〜LED25をチャネルごとに一定時
間間隔で順次駆動するように投光ゲート切替回路103を
制御する。タイミング制御回路101はまた,LEDiが駆動さ
れた時点で（厳密にはわずかに遅れて）PSDjの出力を通
過させるように受光ゲート切替回路105を制御する。タ
イミング制御回路101には外部入力回路100から上記の一
定時間間隔，その他の設定入力が与えられる。
受光ゲート切替回路105の２つの出力I1,I2は増幅器10
6,107で増幅され，かつ電圧信号V1,V2に変換される。こ
れらの信号V1,V2は加算回路108で加算される。また，除
算回路109でV1/V1＋V2が演算される。除算回路109の出
力はPSDにおける入射光の位置を表している。
メモリ119には位置用のしきい値と，光量用のしきい
値とがディジタル・データとして設定されている。この
ディジタル・データは25個のPSDごとに（チャネルごと
に）設定されている。これにより,PSDの特性のばらつき
に応じた最適なしきい値が確保される。対応するチャネ
ルのLEDが駆動されたときに，そのPSDのしきい値がメモ
リ119から読み出され，演算レジスタ118に与えられる。
位置用のしきい値はD/A変換器112でアナログ電圧信号に
変換され，基準電圧として比較器111に与えられる。光
量用のしきい値はD/A変換器122でアナログ電圧信号に変
換されて，基準電圧として比較器121に与えられる。
２つの隣接するセンシング・アーム間にウエハが存在
しない場合には，そのセンシング・アームのPSDの位置
検出出力（除算回路109の出力）は中点に相当する値と
なる。透明または半透明ウエハが存在する場合にはPSD
の位置検出出力はこの中点の値よりも高くなるか，また
は低くなる。ここでは低くなると仮定する。位置用のし
きい値はウエハが存在しない場合のPSDの位置検出出力
のレベルと透明または半透明ウエハが存在する場合のPS
Dの位置検出出力のレベルとの間に設定されているもの
とする。除算回路109の出力は比較器111に与えられる。
比較器111からは，ウエハが存在しない場合にＬレベル
の，透明または半透明ウエハが存在する場合にＨレベル
の出力が発生する。
除算回路109の出力は２値化回路114にも与えられる。
２値化回路114はPSDの位置検出出力がバーンアウト状態
（不透明ウエハが存在することによりPSDに光が入射せ
ず,PSDの位置検出出力が非常に小さな値となる状態）以
外のある程度のレベルを持つ場合にＨレベルの信号を発
生する。このＨレベルの信号はスイッチング回路113に
与えられる。比較器111の出力がＨレベルのときスイッ
チング回路113はオンとなり，その出力もＨレベルとな
る。比較器111の出力がＬレベルのときスイッチング回
路113の出力はＬレベル状態に保たれる。
２つの隣接するセンシング・アーム間にウエハが存在
しない場合には，そのセンシング・アームのPSDの受光
光量出力（加算回路108の出力）は最大値となる。透明
または半透明ウエハが存在する場合にはPSDの受光光量
出力は最大値よりも低くなる。光量用のしきい値はウエ
ハが存在しない場合のPSDの受光光量出力のレベルと透
明または半透明ウエハが存在する場合のPSDの受光光量
出力のレベルとの間に設定されているものとする。加算
回路108の出力は比較器121に与えられる。比較器121か
らは，ウエハが存在しない場合にＬレベルの，透明また
は半透明ウエハが存在する場合にＨレベルの出力が発生
する。
加算回路108の出力は２値化回路124にも与えられる。
２値化回路124はPSDの受光光量出力が殆ど零（不透明ウ
エハが存在することによりPSDに光が入射せず,PSDの受
光光量出力が非常に小さな値となったとき）以外のある
程度のレベルを持つ場合にＨレベルの信号を発生する。
このＨレベルの信号はスイッチング回路123に与えられ
る。比較器121の出力がＨレベルのときスイッチング回
路123はオンとなり，その出力もＨレベルとなる。比較
器121の出力がＬレベルのときスイッチング回路123の出
力はＬレベル状態に保たれる。
透明（または半透明）ウエハが存在するときにはスイ
ッチング回路113,123の出力はいずれもＨレベルであ
る。これらのＨレベル信号のAND論理がAND回路125でと
られ，その結果が出力回路126を経て出力される。
このように，位置検出出力と受光光量出力とのAND論
理をとることにより，透明（または半透明）ウエハの存
在の検出の信頼性が向上する。
鎖線110で示す囲みの中の回路の機能はハードウエア
のみならず，プログラムされたCPU等により実現できる
のはいうまでもない。
２値化回路114,124,スイッチング回路113,123を省略
し，比較器111,121の出力を直接にAND回路125に与える
ようにしてもよい。
PSDの位置検出出力に対して２つの異なるしきい値を
設定することにより,a.ウエハなし,b.透明（または半透
明）ウエハあり，およびc.不透明ウエハありを弁別でき
る。PSDの受光光量出力に対して２つの異なるしきい値
を設定することより,d.ウエハなし,e.透明ウエハあり，
およびf.半透明ウエハ（不透明ウエハを含む）ありを弁
別できる。上記a.とd.とのAND論理によりウエハなしを
判定する。上記b.とe.のAND論理により透明ウエハあり
を判定する。上記b.とf.のAND論理により半透明ウエハ
ありを判定する。上記c.とf.のAND論理により不透明ウ
エハありを判定する。このようにして，種々の状態を高
い信頼性をもって検出することができる。PSDの受光光
量出力に対して３つの異なるしきい値を設定して不透明
ウエハありを弁別し，不透明ウエハありの判定に利用し
てもよい。
第３実施例 第３実施例は投光素子および受光素子の数を上記第１
および第２実施例の半分に減少させたウエハ・センサに
関するものである。第３実施例には投射光の投射方向の
違いにより２つの態様がある。
第21図から第24図を参照して第１の態様について説明
する。
特に第21図および第22図を参照して，多数のセンシン
グ・アーム12Dm,12Lm,12Dn等が一列に配列されている。
これらのセンシング・アームのアーム・フレーム15の先
端部の連結部材の内側にはアームの長手方向に対して45
度の角度をもつ２つの斜面82A,82Bからなる反射面82Dm,
82Lm,82Dn等がそれぞれ形成されている。これらの反射
面の２つの斜面82A,82Bも反射面であり，ミラーの接
着，アルミニウムの蒸着等により形成されている。
センシング・アーム82Lmの取付ピース16内には投光素
子21Lm（図示略，符号のみ示す）が収められており，そ
の投射光はレンズ83を経て反射面82Lmに向かう。その両
隣りのセンシング・アーム82Dm,82Dnの取付ピース16内
には受光素子22Dm,22Dn（図示略，符号のみ示す）が収
められている。投光素子21Lmから投射した光は反射面82
Lmで２つに分割され，それぞれ両側に隣接するセンシン
グ・アーム12Dm,12Dnの反射面82Dm（82B）,82Dn（82A）
に向かい，これらの反射面で反射されて，対応する受光
素子22Dm,22Dnに受光される。
25チャネルの検出領域を形成するために，第23図に示
すように，ケース11に26個のセンシング・アームが設け
られている。これらのセンシング・アームのうちで符号
12L1,12L2,…,12L13で示すものが投光素子を内蔵したも
ので，符号12D1,12D2,…,12D13で示すものが受光素子を
内蔵したものである。このように，投光素子を含むセン
シング・アームと受光素子を含むセンシング・アームが
交互に配置されている。１つのセンシング・アームには
投光素子または受光素子の一方のみが設けられているか
ら，投，受光素子の数を少なくすることができる。ケー
ス11にはコネクタ42が設けられている。
一定時間間隔で各チャネルの検出領域が順次センスさ
れることになる。投光素子の駆動および受光素子の受光
信号のゲート制御については後述する。
第24図を参照して，投光素子を内蔵するセンシング・
アーム12Lmの反射面82Lmから出射する投射光（SPは投光
素子からの投光ビームを示す）はセンシング・アームの
配列方向に進む。２つのセンシング・アーム12Lmと12Dm
（または12Lmと12Dn）との間に不透明ウエハ９が存在す
れば，投射光は遮光されるから，隣接するセンシング・
アーム12Dmまたは12Dnの受光素子には受光されない。不
透明ウエハの検出が可能である。しきい値をうまく設定
すれば透明（または半透明）ウエハの検出もできる。
第25図および第26図を参照して第２の態様について説
明する。センシング・アーム12Lmが投光素子21Lmを内蔵
し，センシング・アーム12Dm,12Dnが受光素子22Dm,22Dn
を内蔵していること，およびこれらのセンシング・アー
ムが第23図に示すようにケース11に一列状に配列されて
いるのは第１の態様と同じである。第１の態様と異なる
点は，第18図に示す第２実施例と同じように，投射光が
検出領域をセンシング・アームの配列方向に対して斜め
に進むように構成されている点である。
センシング・アーム12Lmには投光素子12Lmの投射光を
２つに分割して反対方向に斜めに反射する反射面82Lm1,
82Lm2が形成され，センシング・アーム12Dm（または12D
n）には，斜めに進んできた光を受光素子22Dm（または2
2Dn）に導くための反射面82Dm1,82Dm2（または82Dn1,82
Dn2）が形成されている。
第26図に示すように，そして第２実施例において説明
したように，ウエハ９の表面に投射光が斜めに入射する
ので，光量損失が大きくなり，不透明のウエハの検出の
みならず，透明または半透明のウエハの検出も可能とな
る。
第27図は上述した第１の態様および第２の態様のウエ
ハ・センサのいずれにも適用される検出回路の一例を示
している。
この検出回路はCPU130を含んでいる。CPU130にはROM1
39,その他のメモリが付随しているとともにCPU130にク
ロック信号を与える発振回路138が接続されている。CPU
130にはまた，入力回路，出力回路（いずれも図示略）
が接続されている。
25チャネル（25ch）の検出のために26個のセンシング
・アームが設けられている。上述したようにセンシング
・アームには投光素子または受光素子のいずれか一方が
設けられている。これらの投光素子をL1,L2,L3,…,L13
で，受光素子をD1,D2,D3,…,D13でそれぞれ表す。投光
素子と受光素子はL1,D1,L2,D2,L3,D3,…,L13,D13の順に
配列されている。
駆動回路132はCPU130から与えられる発光タイミング
・パルスPLSに応答して投光素子の駆動パルスを発生す
る。投光ゲート131はCPU130から与えられる投光制御信
号CTL1〜CTL3をデコードして，投光部133の13個の投光
素子L1〜L13のいずれか一つのゲートを開き，一つの投
光素子にのみ駆動パルスを与える。
受光部134は13個の受光素子D1〜D13を含む。これらの
受光素子の受光信号は受光ゲート135に与えられる。受
光ゲート135はCPU130から与えられる受光制御信号P1〜P
3をデコードして，いずれか一つの受光信号のみを受光
増幅器136に与えるようにゲートを開く。
受光増幅器136の出力信号はピーク・ホールド回路137
によりホールドされる。ホールドされている間に受光信
号はCPU130のA/Dポートに取り込まれる。ピーク・ホー
ルド回路137は投光素子の駆動開始のタイミングでリセ
ットされる。
表示灯140は25チャネルの各チャネルにおける物体検
知結果を表示するものである。
第28図は13個の投光素子L1〜L13および13個の受光素
子D1〜D13の駆動またはゲート制御の様子，および物体
検知の様子を示すものである。
一定時間ごとに，第１チャネル，第２チャネル，…第
25チャネルというように物体検知動作が順次行われてい
く。第１チャネル（1ch）においては，投光素子L1が駆
動され，受光素子D1のゲートが開かれる。第２チャネル
（2ch）では投光素子L2が駆動され，受光素子D1のゲー
トが開かれる。第３チャネル（3ch）では投光素子L2が
駆動され，受光素子D2のゲートが開かれる。このよう
に，最初の端にある投光素子を除いて，投光素子は連続
する２チャネル分の時間において駆動される。受光素子
のゲートは最後の端にある受光素子を除いて,2チャネル
の時間において２回そのゲートが開かれ,2つの異なる投
光素子からの投射光に基づく受光信号が通過する。
２つのしきい値TH1,TH2が設定されている。しきい値T
H1,TH2はROM139に記憶されている。しきい値TH1はウエ
ハなしと透明（または半透明）ウエハの受光レベルを弁
別するためのものであり，しきい値TH2は透明（または
半透明）ウエハと不透明ウエハの受光レベルを弁別する
ためのものである。
しきい値TH1による弁別としきい値TH2による弁別のい
ずれにおいてもウエハなしと弁別されたときには最終的
にウエハなしと判定される。しきい値TH1を用いた弁別
ではウエハありであり，しきい値TH2を用いた弁別では
ウエハなしの場合には，透明（または半透明）ウエハあ
りと判定される。しきい値TH1,TH2のいずれによる弁別
においてもウエハありの場合には，不透明ウエハありと
判定される。
信頼性の向上を図るために，上記の測定を複数回繰り
返し，すべてにおいて同じ結果が得られた場合にのみ，
その結果を最終検出出力としてもよい。
多数の位置について，どの位置にどのようなウエハが
あるか（または無いか）を一挙に検出することができる
ようになる。しかも，透明，不透明の識別も行える。
投，受光素子の数もチャネル数の約半分ですむ。
第４実施例 第４実施例はウエハ・センサの静電シールド構造に関
するものである。第29図から第33図を参照し，第１実施
例のウエハ・センサのケース内の構造を例にとって説明
する。
上述したようにセンサ・ケース11の一側にそって多数
のセンシング・アーム12が設けられ，そのアーム・フレ
ームが外方に突出している。センサ・ケース11内には検
出回路を搭載したプリント基板152が収納されている。
センシング・アーム12の投光素子21と受光素子22のリー
ドは基板152に形成された配線パターンにはんだ付けに
より接続されている。センサ・ケース11の一面はあいて
おり，ここが着脱自在のカバー151によって覆われてい
る。
上述したように受光素子22はシールド・ケース23（第
４図参照）内に収められている。シールド・ケース23は
プリント基板152のアースに接続されている。
これらの受光素子22およびプリント基板152の全面を
覆うようにシールド板153が設けられている。シールド
板153は薄い導電材料により形成され，その周囲が折り
曲げられることにより，基板152の一面のみならず周囲
も覆っている。シールド板153はリード154により基板15
2のアース配線パターン（グランド・ライン）に接続さ
れている。
シールド板153の前縁からは，センシング・アーム12
の間の位置においてシールド片155が直角にのびてい
る。このシールド片155はケース11に形成された孔156内
に挿入されている。シールド片155によってセンシング
・アーム12の間の間隔が覆われ，シールドされている。
孔156としてはケースの樹脂成形時にヒケ防止として設
けられる孔を利用するとよい。
基板152からは入出力用ケーブル41が引き出され，こ
のケーブル41の先端にはコネクタ157が接続されてい
る。
基板152の裏面にも検出回路が設けられており，その
必要な回路部分が補助シールド部材158によって覆われ
ている。補助シールド部材158も導電材料からなる薄い
板状体の端縁部を折曲することにより形成され，そのリ
ードは基板152のアース・ラインにはんだ付けにより接
続されている。
上述したようにウエハ９に静電気が帯電したとして
も，ウエハ９内に進入するのはセンシング・アーム12の
先端部であって，ウエハ９と投光素子21および受光素子
22との間には絶縁距離があるので，ウエハ９に帯電した
静電気が，投光素子21または受光素子22および検出回路
まで放電することが防止できる，または極めて起こりに
くい。
仮にウエハ９から帯電した静電気が放電したとして
も，受光素子22,検出回路等は接地されたシールド板15
3,シールド・ケース23,シールド片155,補助シールド部
材158によってシールドされているので，放電による誤
動作や，検出回路特に受光素子22の破壊を防止すること
ができる。シールド片155はウエハの周縁からケースの
前面への放電を確実にシールドするのに効果的である。
プリント基板152の全体をシールド箔で包むようにし
てもよい。逆に，受光素子22のシールド・ケース23のみ
を設けるものであってもよい。シールド片155を省略し
てもよい。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/68 B65G 49/07

Claims (27)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】複数のセンシング・アームがセンサ・ケー
    スに間隔をおいて外方に突出するように設けられ， 複数の投光素子および複数の受光素子がセンサ・ケース
    内に設けられ， 各センシング・アームに一対の投，受光素子が対応し， 各センシング・アームの先端部には，対応する投光素子
    からの投射光を一方向に隣接するセンシング・アームに
    向ける第１の偏向部材，上記一方向に隣接するセンシン
    グ・アームからの投射光を対応する受光素子に向ける第
    ２の偏向部材，および他方向に隣接するセンシング・ア
    ームからの投射光を上記他方向に隣接するセンシング・
    アームに戻す第３の偏向部材が設けられている， 多連式透過形光電センサ。
  2. 【請求項２】複数のセンシング・アームがセンサ・ケー
    スに間隔をおいて外方に突出するように設けられ， 複数の投光素子および複数の受光素子がセンサ・ケース
    内に設けられ， 各センシング・アームに一つの投光素子または一つの受
    光素子が対応し， 投光素子に対応するセンシング・アームの先端部には，
    投光素子からの投射光を２分割して両側に隣接するセン
    シング・アームに向ける第１の偏向部材が， 受光素子に対応するセンシング・アームの先端部には，
    隣接するセンシング・アームからの投射光を対応する受
    光素子に向ける第２の偏向部材が，それぞれ設けられて
    いる， 多連式透過形光電センサ。
  3. 【請求項３】投光素子からの投射光を第１の偏向部材に
    導く第１の光導体，および第２の偏向部材からの光を受
    光素子に導く第２の光導体の少なくとも一方が設けられ
    ている，請求の範囲第１項に記載の多連式透過形光電セ
    ンサ。
  4. 【請求項４】第１の偏向部材がセンシング・アームの配
    列方向に対して投射光の光路を斜めに向けるものであ
    り， 第２の偏向部材がセンシング・アームの配列方向に対し
    て斜めに進んできた光を受光素子に向けるものである，
    請求の範囲第２項に記載の多連式透過形光電センサ。
  5. 【請求項５】受光素子の前面に入射光を制限するスリッ
    トが設けられている，請求の範囲第４項に記載の多連式
    透過形光電センサ。
  6. 【請求項６】受光素子が位置検出素子である，請求の範
    囲第５項に記載の多連式透過形光電センサ。
  7. 【請求項７】複数の投光素子を所定時間間隔で順次駆動
    する駆動手段，および 駆動される投光素子から投射される投射光を受光する受
    光素子の受光信号を投光素子の駆動に同期して取り込む
    手段， を備えた請求の範囲第１項または第２項に記載の多連式
    透過形光電センサ。
  8. 【請求項８】少なくとも一つのしきい値を有し，このし
    きい値により受光素子の出力信号を弁別することにより
    被検出物体の検出信号を出力する判定手段，をさらに備
    えた請求の範囲第７項に記載の多連式透過形光電セン
    サ。
  9. 【請求項９】上記しきい値が透明物体なしと透明物体あ
    りとを弁別するものである，請求の範囲第８項に記載の
    多連式透過形光電センサ。
  10. 【請求項１０】上記しきい値が半透明物体なしと半透明
    物体ありとを弁別するものである，請求の範囲第８項に
    記載の多連式透過形光電センサ。
  11. 【請求項１１】上記しきい値が透明物体と半透明物体と
    を弁別するものである，請求の範囲第８項に記載の多連
    式透過形光電センサ。
  12. 【請求項１２】上記しきい値が透明物体と不透明物体と
    を弁別するものである，請求の範囲第８項に記載の多連
    式透過形光電センサ。
  13. 【請求項１３】上記しきい値が半透明物体と不透明物体
    とを弁別するものである，請求の範囲第８項に記載の多
    連式透過形光電センサ。
  14. 【請求項１４】上記しきい値が物体なしとありとを弁別
    するものである，請求の範囲第８項に記載の多連式透過
    形光電センサ。
  15. 【請求項１５】位置検出素子の位置検出出力信号を弁別
    して被検出物の検出信号を出力する判定手段をさらに備
    えた，請求の範囲第６項に記載の多連式透過形光電セン
    サ。
  16. 【請求項１６】位置検出素子の位置検出出力信号を弁別
    する第１の弁別手段， 位置検出素子の受光光量出力信号を弁別する第２の弁別
    手段，および 第１の弁別手段の弁別出力と第２の弁別手段の弁別出力
    との論理演算を行い，物体検出に関する信号を出力する
    判定手段， をさらに備えた請求の範囲第６項に記載の多連式透過形
    光電センサ。
  17. 【請求項１７】投光素子と，この投光素子から出射し検
    出領域を通過した光を受光する受光素子とを備えた透過
    形光電センサにおいて， 投光素子の投射光をほぼ直角に曲げて検出領域に向ける
    第１の偏向部材， 検出領域からの光をほぼ直角に曲げて受光素子に向ける
    第２の偏向部材，および 第１の偏向部材によって導出され検出領域を通過した光
    を再び検出領域を経て第２の偏向部材に向ける第３の偏
    向部材， を備えた透過形光電センサ。
  18. 【請求項１８】第３の偏向部材が，入射光をほぼ直角に
    曲げる２つの偏向部材を含み，第１の偏向部材によって
    検出領域に導出された光とほぼ平行な光を第２の偏向部
    材に向けるものである，請求の範囲第17項に記載の透過
    形光電センサ。
  19. 【請求項１９】第３の偏向部材が光を二度以上検出領域
    を通過させるものである，請求の範囲第17項に記載の透
    過形光電センサ。
  20. 【請求項２０】少なくとも２つの第１および第２のセン
    シング・アームが検出領域を挟んで対向して配置され， 第１のセンシング・アームは，その基部から導出されア
    ームの長手方向に沿って進む投光素子の投射光を，先端
    部において，アームの長手方向にほぼ垂直な方向に偏向
    して検出領域に向ける第１の偏向部材と，検出領域から
    の光を，先端部においてほぼ直角な方向に偏向して，ア
    ームの長手方向に沿って進ませ受光素子に導く第２の偏
    向部材とを備え， 第２のセンシング・アームは，第１の偏向部材から検出
    領域を経て進んできた光を再び検出領域を経て第２の偏
    向部材に向けて進ませる第３の偏向部材を備えている， 透過形光電センサ。
  21. 【請求項２１】投光素子からの光をほぼ直角に偏向して
    検出領域に進ませ，検出領域を通過した光を再び検出領
    域に向けることにより，検出領域を少なくとも２回通過
    させ，検出領域を少なくとも２回通過した光をほぼ直角
    に偏向して受光素子に導き，受光素子の出力信号に基づ
    いて検出領域に存在する物体を検出する光電検出方法。
  22. 【請求項２２】第１のセンシング・アームと，この第１
    のセンシング・アームの両側に検出領域を挟んでそれぞ
    れ配置された第２および第３のセンシング・アームとを
    含み， 第１のセンシング・アームは，その基部から導出され，
    アームの長手方向に沿って進む投光素子の投射光を，先
    端部において２つに分割し，これらの分割した光をほぼ
    直角に偏向して両側の検出領域に向ける第１の分割，偏
    向部材を備え， 第２および第３のセンシング・アームは，第１の分割，
    偏向部材から検出領域を通って進んできた光を，先端部
    においてほぼ直角に偏向して，アームの長手方向に沿っ
    て進ませ受光素子に導く第２および第３の偏向部材をそ
    れぞれ備えている， 透過形光電センサ。
  23. 【請求項２３】上記第２および第３の偏向部材は，両側
    からの光をそれぞれ直角に偏向するものである，請求の
    範囲第22項に記載の透過形光電センサ。
  24. 【請求項２４】上記第１の分割，偏向部材は第1,第２お
    よび第３のセンシング・アームの配列方向に対して斜め
    の方向に投射光を偏向するものである，請求の範囲第22
    項に記載の透過形光電センサ。
  25. 【請求項２５】上記第２および第３の偏向部材は，検出
    領域を斜めに通って進んできた光をアームの長手方向に
    偏向するものである，請求の範囲第24項に記載の透過形
    光電センサ。
  26. 【請求項２６】受光素子の前面にスリットが設けられて
    いる，請求の範囲第25項に記載の透過形光電センサ。
  27. 【請求項２７】受光素子が位置検出素子である，請求の
    範囲第25項に記載の透過形光電センサ。
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