JP3963572B2 - 基板搬入搬出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板収納容器の各収納棚における基板の有無を検出して基板収納容器との間で基板の受け渡しを行う基板搬入搬出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ、液晶表示装置用ガラス基板、フォトマスク用ガラス基板、光ディスク用ガラス基板等の基板に種々の処理を行うために複数の基板処理部が統合された基板処理装置が用いられている。基板処理装置はクリーンルーム内に設置され、各基板処理装置間の基板の搬送は、基板収納容器を用いて行われる。基板収納容器は複数枚の基板を収納し、基板搬送ロボット等によってクリーンルーム内を搬送され、基板処理装置に供給される。
【０００３】
基板処理装置は、基板収納容器との間で基板の受け渡しを行う基板搬入搬出装置を備えている。基板搬入搬出装置は、基板収納容器から処理前の基板を取り出し、基板の処理を行うために基板処理部の配置された領域に払い出し、一方、基板処理部で処理の終了した基板を受け取って基板収納容器に搬入するようにしている。さらに、基板搬入搬出装置は、基板検出装置を有しており、基板検出装置を用いて基板収納容器の複数段の基板収納位置に基板があるか否かを検出できるように構成されている。
【０００４】
従来より、基板収納容器の種類に応じて種々の基板検出装置が提案されている。図７は基板収納容器の一例を示す斜視図であり、図８は基板収納容器の他の例を示す斜視図である。図７の基板収納容器３０はオープン型カセットと呼ばれるもので、両側面に開口部を有している。このオープン型カセット３０に対しては、一方の開口部側に投光部を配置し、他方の開口部側に透過型センサからなる受光部を配置し、投光部および受光部を同時に上下に移動させることにより、投光部から照射された光が基板により遮光されるタイミングおよび位置を検出して基板の有無を判定する基板検出装置が提案されている。
【０００５】
また、図８の基板収納容器３５はＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod ；以下、一体型カセットと称する）と呼ばれるもので、開口部３６が蓋（図示せず）により閉じられた密閉空間内に基板Ｗが収納される。このため、一体型カセット３５では、搬送時に基板Ｗが外気に晒されて外気中のパーティクルの付着により汚染されることを防止することができる長所を有している。
【０００６】
このような一体型カセット３５に対しては、オープン型カセット３０に用いられる投光部と受光部とからなる光透過型の基板検出装置を適用することができない。このため、一体型カセット３５に対しては、反射型光センサを用いた基板検査装置が提案されている。この基板検査装置では、一体型カセット３５の開口部３６の外方から一体型カセット３５内の基板Ｗに向けて投光し、その反射光を反射型光センサで受光することにより一体型カセット３５内の各収納位置における基板Ｗの有無を検出している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、反射型光センサを用いた基板検査装置では、基板Ｗの表面に形成される膜の種類や膜厚によって光の反射率が異なる。このため、基板Ｗの表面に形成される膜の状態によって反射光の光量が変化するため、反射光の光量に基づく基板の有無の判定が難しく、誤検出を生じるおそれがある。基板の有無に誤検出が生じると、基板搬入搬出動作に誤りが生じ、基板の処理漏れが発生したり、基板収納容器へ基板を収納する際に基板の衝突事故が生じるおそれがある。
【０００８】
本発明の目的は、基板収納容器内の基板の有無を確実に検出することが可能な基板搬入搬出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
第１の発明に係る基板搬入搬出装置は、基板が収納される複数段の収納棚を有する基板収納容器との間で基板の受け渡しを行う基板搬入搬出装置であって、基板収納容器が載置される載置部と、基板収納容器から基板を取り出すことと基板収納容器に基板を収納することが可能な基板受け渡し手段と、載置部に載置された基板収納容器を照明する照明手段と、載置部に載置された基板収納容器を撮像して画像の明るさを示す画像データを出力する撮像手段と、照明手段の点灯時に撮像手段から出力される画像データから、照明手段の消灯時に撮像手段から出力される画像データを差し引くことによって基板の端縁の画像データを抽出する抽出手段と、抽出手段により抽出された画像データに基づいて基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を判定する判定手段とを備え、撮像手段が、基板収納容器の斜め上方に設けられ、基板収納容器を撮像して画像の明るさを示す２次元画像データを出力し、抽出手段は、照明手段の点灯時および消灯時に撮像手段から出力される２次元画像データを、基板収納容器内に収納される複数の基板の整列方向に一致する中心軸を有する円柱座標系における画像データに変換する座標変換手段と、円柱座標系における画像データを中心軸に沿う方向に走査し、各走査位置の画像データが１次元に配列された照明手段の点灯時および消灯時の１次元画像データを求める算出手段と、算出手段によって求められた照明手段の点灯時の１次元画像データから照明手段の消灯時の１次元画像データを減算することによって基板の端縁が抽出された１次元画像データを算出する減算手段とを備え、算出手段が、各走査位置ごとに円柱座標系における画像データを周方向に沿って所定範囲積分することにより各走査位置の画像データを求め判定手段が、基板の端縁が抽出された１次元画像データに基づいて基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を判定するものである。
【００１０】
第１の発明に係る基板搬入搬出装置においては、照明手段が点灯された際の基板収納容器の画像の明るさを示す画像データと照明手段が消灯された際の基板収納容器の画像の明るさを示す画像データとを撮像手段により作成している。点灯時の画像データには、検出すべき基板の端縁の画像データと、外乱等による画像データとが含まれる。また、消灯時の画像データには、外乱等の画像が含まれる。そこで、抽出手段が照明点灯時の画像データから照明消灯時の画像データを差し引くことにより検出すべき基板の端縁の画像データを抽出することができる。そして、判定手段が、抽出された画像データに基づいて基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を判定することにより、基板収納容器内における基板の収納状態を正確に検出することができる。特に、基板収納容器の画像の明るさを示す画像データは撮像手段により得られるため、基板収納容器の種類によらず基板の収納状態を検出することができる。また、消灯時の画像データを用いて外乱等の影響を排除することにより、基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を正確に判定することができる。
【００１２】
また、撮像手段から出力される２次元画像データを円柱座標系の画像データに変換することにより、実際に基板収納容器内に整列された基板に対応した座標系に２次元画像データの各画素を変換し、各画素を基板の整列方向に沿って走査することにより１次元画像データを得ることができる。１次元画像データでは、基板の端縁からの反射光が生じた画素の値が大きく示されている。これにより、基板収納容器内の各収納棚に基板が収納されているか否かを正確に検出することができる。
【００１４】
さらに、各走査位置ごとに画像データの積分値が求められることにより、基板収納容器内において反射光が生じた領域と生じなかった領域との際が明確となり、それによって基板の有無を正確に判定することができる。
【００１５】
第２の発明に係る基板搬入搬出装置は、第１の発明に係る基板搬入搬出装置の構成において、判定手段が、基板の端縁が抽出された１次元画像データの各点の値が所定の閾値を越えるか否かによって基板収納容器の各収納棚における基板の有無を判定するものである。
【００１６】
この場合、１次元画像データでは基板が存在する位置における画素の値が大きく示されている。そこで、所定の閾値を設定することにより、閾値を超える１次元画像データの画素位置に基づいて基板収納容器の収納棚に基板が収納されているか否かを正確に判定することができる。
【００１７】
第３の発明に係る基板搬入搬出装置は、第１の発明に係る基板搬入搬出装置の構成において、判定手段が、基板の端縁が抽出された１次元画像データの変曲点を求め、変曲点の有無によって基板収納容器の各収納棚における基板の有無を判定するものである。
【００１８】
この場合、１次元画像データでは、基板が存在する位置に対応して画像データの変曲点が存在する。このため、変曲点の有無によって基板収納容器の各収納棚に基板が収納されているか否かを正確に判定することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施例による基板搬入搬出装置の側部断面模式図である。基板搬入搬出装置１は基板処理装置において複数の基板処理部に隣接するように配置されている。基板搬入搬出装置１は、載置部２および基板搬送部３を備える。載置部２の上面には、基板収納容器が載置される。なお、以下では、基板収納容器として図８の一体型カセット３５を例に説明する。一体型カセット３５は基板搬送路３側に開口部３６が向くように載置される。一体型カセット３５の蓋３５ａは蓋開閉機構（図示せず）により取り外され、基板搬送部３の下方に保持される。
【００２０】
基板搬送部３には基板搬送機構５が配置されている。基板搬送機構５は、基板Ｗを保持する基板保持アーム６と、基板保持アーム６を水平方向に進退移動させ、鉛直軸の周りに回動させるアーム駆動機構７と、基板保持アーム６およびアーム駆動機構７を昇降移動させる昇降駆動部８と、基板保持アーム６、アーム駆動機構７および昇降駆動部８を水平方向（紙面垂直方向）に延びるレール９ａに沿って移動させる水平方向移動部９とから構成される。
【００２１】
基板搬送部３の上部には空調ユニット４が配置されている。空調ユニット４はファン４ａとフィルタ４ｂとから構成され、基板搬送部３内に清浄な空気を下降させて基板搬送部３内を清浄な雰囲気に保持する。
【００２２】
さらに、基板搬入搬出装置１には、一体型カセット３５内の基板Ｗの有無を検出する基板検出装置１００が設けられている。基板検出装置１００は、一体型カセット３５内を照明する照明装置１０、一体型カセット３５内を撮像するＣＣＤ（電荷結合素子）カメラ１１およびＣＣＤカメラ１１から出力される画像データに対して画像処理を行う画像処理部１５とを備える。
【００２３】
照明装置１０は基板搬送部３の載置部２側の内壁面に取り付けられ、一体型カセット３５の内部を照明する。また、ＣＣＤカメラ１１は、一体型カセット３５の斜め上方から一体型カセット３５の内部を撮像するように載置部２と反対側の基板搬送部３の壁面に固定されている。ＣＣＤカメラ１１により撮像された一体型カセット３５内の画像は画像処理部１５に出力される。
【００２４】
基板搬入搬出装置１の載置部２に一体型カセット３５が載置されると、まず基板検出装置１００が動作され、一体型カセット３５内の各収納棚に基板Ｗが収納されているか否かが検出される。基板の検出動作が終了すると、検出結果に基づいて基板搬送機構５のアーム駆動機構７、昇降駆動部８および水平方向移動部９が動作して基板保持アーム６が一体型カセット３５内に収納された基板Ｗを一体型カセット３５から取り出して基板の処理を行うために基板処理部の配置された領域に払い出し、一方、基板処理部で処理の終了した基板を受け取って一体型カセット３５内の収納棚に収納する。
【００２５】
ここで、本実施例の載置部２が本発明の載置部に相当し、基板搬送機構５が、基板受け渡し手段に相当し、照明装置１０が照明手段に相当し、ＣＣＤカメラ１１が撮像手段に相当し、画像処理部１５が抽出手段および判定手段に相当する。
【００２６】
次に、基板検出装置１００の動作について説明する。図２は基板検出装置１００の動作を示すフローチャートである。図２において、まず照明装置１０を点灯し、一体型カセット３５の開口部３６内に光を照射する。光が照射されると、一体型カセット３５内の基板Ｗでは開口部３６側の端縁が光を基板搬送部３側に反射し、主表面は照射された光を一体型カセット３５の奥側へ反射する。このため、基板搬送部３側から見ると、一体型カセット３５内で基板Ｗの端縁が明るく見える。また、一体型カセット３５の奥側の壁面が透明な場合や、周囲に他の光源がある場合などには、それら外乱により明るい部分が生じる（ステップＳ１）。
【００２７】
この状態で、ＣＣＤカメラ１１から一体型カセット３５内を撮像する。図３はＣＣＤカメラ１１により撮像された一体型カセット３５内部の画像データを示す模式図である。図３において、画像データ２０はＸ−Ｙ平面の２次元画像データからなり、枡目は画像データ２０の各画素２１を示している。各画素２１は２５６階調の明るさを示す画素値（濃淡データ）を有する。また、画像データ２０において黒色で塗り潰した画素領域２２は一体型カセット３５内で明るい領域を示している。なお、図３では、明るい領域として基板Ｗの端縁のみを図示し、外乱による明るい部分については図示を省略している。
【００２８】
画像データ２０は２次元のＸ−Ｙ平面で規定される。一方、ＣＣＤカメラ１１は一体型カセット３５内に収納された基板Ｗの斜め上方から円板状の基板Ｗを撮像している。このため、明るく光る基板Ｗの端縁は画像データ２０のＸ−Ｙ平面で楕円状の領域２２で示される。したがって、画像データ２０の各画素２１の値に基づいて明るい部分を抽出したとしても、このままでは明るい部分が一体型カセット３５内のどの部分に相当するかを直接検出することができない（ステップＳ２）。
【００２９】
そこで、Ｘ−Ｙ平面の画像データ２０を一体型カセット３５内の複数の基板Ｗに対応する円柱座標系の画像データに変換する。図４は基板に対応する円柱座標系を示す模式図である。円柱座標系２５では中心軸Ｚと、中心軸Ｚからの半径位置ｒと、中心軸Ｚ周りの角度θにより３次元空間が定義される。ここでは、中心軸Ｚを一体型カセット３５内に収納される複数の基板Ｗの整列方向（上下方向）に一致させており、それによって基板Ｗの半径と等しい半径位置ｒｗに、一体型カセット３５内に整列された複数枚の基板Ｗにより構成される仮想の円柱領域に等しい円柱状の座標領域２６が規定される。
【００３０】
一体型カセット３５に対するＣＣＤカメラ１１の取り付け位置は予め検出されている。このため、ＣＣＤカメラ１１により得られた画像データ２０の各画素と、円柱座標系２５の円柱状の座標領域２６の各画素との対応関係は予め求められる。そこで、予め求められた対応関係に基づいて画像データ２０の各画素を図４の円柱座標系に変換する。この変換処理により、例えば図３の画像データ２０内の明るい領域２２（基板Ｗの端縁）は図４の円柱座標系２５において黒色で示す領域２７に変換される（ステップＳ３）。
【００３１】
ＣＣＤカメラ１１の画像データ２０が図４の円柱座標系２５に変換されると、円柱座標系２５における座標領域２６の各画素を中心軸Ｚに平行な走査方向Ｐに沿って走査する。各走査位置では、基板Ｗの端縁から光が反射すると想定される領域に対応する画素領域θ１内の画素値を積分し、各走査位置における代表画素値とする。このような積分処理を走査方向Ｐに沿って各走査位置で行うことにより１次元の画像データを得ることができる。図５（ａ）は、この積分処理により得られた１次元画像データを示す図である。図５（ａ）において、横軸は図４の円柱座標系２５の走査方向Ｐに相当し、横軸の各数字は、図６に示すように、走査方向Ｐの所定の走査位置が対応する一体型カセット３５内の各基板Ｗの収納棚の位置を示している。また、図５（ａ）の縦軸は、各走査位置での画素の濃淡データの積分値Ａ、すなわち明るさを示している。なお、積分処理を行わず、走査方向Ｐに沿う各画素を走査して１次元画像データを求めてもよい（ステップＳ４）。
【００３２】
次に、照明装置１０を消灯した状態での上記ステップＳ２〜Ｓ４の処理に移行する（ステップＳ５）。
【００３３】
照明装置１０を消灯して（ステップＳ６）、上記のステップＳ２〜Ｓ４の処理を行うと、基板Ｗの端縁からの光の反射が生じなくなる。このため、基板Ｗからの反射光に対応する画像データがなくなり、外部から一体型カセット３５内に透過する光や散乱光等の外乱による画像データを得ることができる。図５（ｂ）は、外乱による１次元画像データを示す図である。
【００３４】
照明装置１０を消灯しての処理が終了すると（ステップＳ５）、照明装置１０を点灯した状態での１次元画像データ（図５（ａ））から照明装置１０を消灯した状態での１次元画像データ（図５（ｂ））を減算することにより、図５（ｃ）に示す基板Ｗの端縁からの反射光に基づく１次元画像データが得られる（ステップＳ７）。
【００３５】
基板Ｗの端縁からの反射光のみに基づく１次元画像データが得られると、この１次元画像データに基づいて一体型カセット３５内の各収納棚における基板Ｗの有無を判定する。基板の有無の第１の判定方法では、まず画素の積分値Ｃに対し閾値Ｖを設定する。そして、明るさを示す画素の積分値Ｃが閾値Ｖを越える走査方向Ｐの位置を求める。そして、求めた位置が一体型カセット３５内の収納棚の位置に相当する場合には、その収納棚に基板Ｗが収納されていると判定し、それ以外の位置では、基板Ｗが収納されていないと判定する。
【００３６】
また、第２の方法では、図５（ｃ）に示す１次元画像データの分布曲線を微分して変曲点を求める。また、この変曲点が一体型カセット３５内の収納棚の位置に相当する場合には、その位置に基板Ｗが収納されているものと判定する。したがって、一体型カセット３５の収納棚の位置に相当する変曲点が存在しない場合には、その収納棚に基板Ｗが収納されていないものと判定する（ステップＳ８）。
【００３７】
以上の処理により、一体型カセット３５内の基板Ｗの有無を各収納棚ごとに判定することができる。
【００３８】
このように、上記実施例による基板搬入搬出装置の基板検出装置１００では、一体型カセット３５の周囲に外部雰囲気からの外乱が生じた場合でも、基板Ｗからの反射光のみを抽出して基板Ｗの有無検出を行うことができる。このため、基板収納容器の種類によらず正確に基板収納容器内の基板の有無を検出することができる。
【００３９】
なお、上記ステップＳ１〜Ｓ８の処理を複数回繰り返すことにより、基板Ｗの検出精度をさらに高めることができる。すなわち、複数回処理を繰り返すことにより、ある処理時に一体型カセット３５の周囲において強い外乱が発生した場合等における基板Ｗの誤検出を排除することができる。
【００４０】
また、上記実施例において、図３のＸ−Ｙ平面の画像データ２０を図４の円柱座標系２５に変換する際に、基板Ｗの直線状切欠き部（オリエンテーションフラット部）の形状データを加味して変換することが好ましい。直線状切欠き部の形状は基板の種類に応じて規定されている。したがって、ＣＣＤカメラ１１から撮像した場合の直線状切欠き部の２次元平面での形状を予め求めることが可能であり、それに基づいて直線状切欠き部を有する基板Ｗの画像データ２０を円柱座標系２５に変換することができる。
【００４１】
さらに、上記実施例では、一体型カセット３５に収納された基板Ｗの検出動作について説明したが、上記の基板検出装置は図７のオープン型カセットに対しても同様に適用することができる。
【００４２】
さらに、照明装置１０は、基板収納容器の内部を照明できる位置であれば、その取り付け位置は上記実施例の位置に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による基板搬入搬出装置の側部端面模式図である。
【図２】図１の基板搬入搬出装置における基板検出装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】ＣＣＤカメラにより撮像された一体型カセット内部の画像データを示す模式図である。
【図４】円柱座標系の模式図である。
【図５】画像処理により得られた１次元画像データを示す図である。
【図６】基板収納容器と走査方向との対応を示す図である。
【図７】オープン型カセットの斜視図である。
【図８】一体型カセットの斜視図である。
【符号の説明】
１ 基板搬入搬出装置
２ 載置部
１０ 照明装置
１１ ＣＣＤカメラ
１５ 画像処理部
２０ 画像データ
２５ 円柱座標系
３０ オープン型カセット
３５ 一体型カセット
３６ 開口部
１００ 基板検出装置

Claims (3)

1. 基板が収納される複数段の収納棚を有する基板収納容器との間で基板の受け渡しを行う基板搬入搬出装置であって、
   前記基板収納容器が載置される載置部と、
   前記基板収納容器から基板を取り出すことと前記基板収納容器に基板を収納することが可能な基板受け渡し手段と、
   前記載置部に載置された前記基板収納容器を照明する照明手段と、
   前記載置部に載置された前記基板収納容器を撮像して画像の明るさを示す画像データを出力する撮像手段と、
   前記照明手段の点灯時に前記撮像手段から出力される画像データから、前記照明手段の消灯時に前記撮像手段から出力される画像データを差し引くことによって基板の端縁の画像データを抽出する抽出手段と、
   前記抽出手段により抽出された画像データに基づいて前記基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を判定する判定手段とを備え、
   前記撮像手段は、前記基板収納容器の斜め上方に設けられ、前記基板収納容器を撮像して画像の明るさを示す２次元画像データを出力し、
   前記抽出手段は、
   前記照明手段の点灯時および消灯時に前記撮像手段から出力される前記２次元画像データを、前記基板収納容器内に収納される複数の基板の整列方向に一致する中心軸を有する円柱座標系における画像データに変換する座標変換手段と、
   前記円柱座標系における前記画像データを前記中心軸に沿う方向に走査し、各走査位置の画像データが１次元に配列された前記照明手段の点灯時および消灯時の１次元画像データを求める算出手段と、
   前記算出手段によって求められた前記照明手段の点灯時の１次元画像データから前記照明手段の消灯時の１次元画像データを減算することによって前記基板の端縁が抽出された１次元画像データを算出する減算手段とを備え、
   前記算出手段は、各走査位置ごとに前記円柱座標系における画像データを周方向に沿って所定範囲積分することにより各走査位置の画像データを求め、
   前記判定手段は、前記基板の端縁が抽出された前記１次元画像データに基づいて前記基板収納容器内の各収納棚の基板の有無を判定することを特徴とする基板搬入搬出装置。
2. 前記判定手段は、前記基板の端縁が抽出された前記１次元画像データの各点の値が所定の閾値を越えるか否かによって前記基板収納容器の各収納棚における基板の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の基板搬入搬出装置。
3. 前記判定手段は、前記基板の端縁が抽出された前記１次元画像データの変曲点を求め、前記変曲点の有無によって前記基板収納容器の収納棚における基板の有無を判定することを特徴とする請求項１記載の基板搬入搬出装置。

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