JP5881007B2 - ウエハ検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数のウエハを収容するウエハ収容容器内に収容された該ウエハの収容状態を検出するウエハ検出装置に関する。

従来から、複数のウエハをウエハ収容容器内に備えたスロットに収容し、その収容されたウエハを前方の開口を通して出し入れ可能なウエハ収容容器が用いられている。

このようなウエハ収容容器は、ロボットなどによって搬送され、ウエハ収容容器の蓋を開閉する開閉装置（以下、ロードポートという）に載置される。このロードポートは、例えばウエハに所定の処理を施すウエハ処理装置などに取り付けられる付加的な装置である。

ところで、前記ウエハ収容容器に収容されているウエハの収容状態には、次の３つの異常状態がある。第１に、ウエハが収容されていないスロットが存在する抜けの状態がある。また、第２に、１つのスロットに複数枚のウエハが重なって収容されている複数枚重なり状態がある。また、第３に、左右方向で段違いとなるスロットにウエハが斜めに収容されている、所謂クロススロット状態がある。

前記３つの状態のウエハをロボットが取り出す場合に、ウエハの収容状態を把握できていないと、ロボットはウエハを取り出すことができない。そこで、従来では、ウエハの収容状態を検出するウエハ検出装置を備えたものが既に提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特許文献１のウエハ検出装置は、光透過型の装置で、ウエハの左右方向一方に光照射用のトランスミッタを配置し、他方にトランスミッタから照射される光を受光するレシーバを配置している。従って、トランスミッタからレシーバへ届く光がウエハにより遮光され、その遮光された上下方向の幅を検出することによって、複数枚重なり状態の他、クロススロット状態を確認することができる。また、全く遮光されない領域がある場合には、ウエハの抜けの状態を確認することができるようになっている。

ところで、ウエハは、半導体製造時の熱処理によって又は自重によって撓むことや反ることがある。このように変形したウエハを特許文献１の光透過型の検出装置で検出すると、遮光される上下方向の幅が大きくなり、ウエハが一枚であるにもかかわらず前述した複数枚重なり状態であると誤検出してしまうことがある。尚、ウエハが大きくなればなる（例えば３００ｍｍから４５０ｍｍになる）ほど、前記誤検出が更に増えてしまうことになる。

そこで、前記変形したウエハを精度良く検出することができるように、前記のような透過光を検出するのではなく、ウエハの端面に当たって跳ね返ってきた反射光を検出するものとして、特許文献２の光反射型の検出装置が提案されている。この検出装置は、検出ヘッド内の上部に照明光源を備え、下部に撮像装置を備えている。従って、照明光源からの光がウエハの端面に照射され、その端面からの反射光を撮像装置により撮像することで、前述したウエハに撓みや反りが発生していても、前述したウエハの抜けの状態や複数枚重なり状態の他、クロススロット状態を確実に検出することができるようにしているが、次のような３つの不都合がある。

日本国特表２００２−５２７８９７号公報 日本国特開２００３−２８２６７５号公報

それら不都合を図１１〜図１３に基づいて説明する。
第１の不都合としては、図１１に示すように、検出ヘッドＫ内において照明光源１００が撮像装置１０１の上方に位置しているため、照明光源１００からの光軸１００ａが斜め下方に向いた状態になる。このとき照明光源１００の光軸以外の光１００ｂがウエハ収容容器の内壁面１０２に当たって反射し、その反射した光１０１ｃがウエハＷの端面からの反射光１０１ｄと一緒に撮像装置１０１に入射してしまう。その結果、ウエハＷの端面の画像を検出することができない。尚、前記撮像装置１０１の前方には、投影レンズ１０１Ａが配置されている。

また、第２の不都合としては、図１２に示すように、例えばウエハ収容容器の蓋（図示せず）を開放したときの振動等によって、重なり合っている２枚のウエハＷ１，Ｗ２のうちの下側のウエハＷ２に対して上側のウエハＷ１が前側（蓋側）に更に移動してしまった状態において、照明光源１００からの光を上側のウエハＷ１の端面Ｔ１に当てることができるが、下側のウエハＷ２の端面Ｔ２に上側のウエハＷ１の前側部分が邪魔をして照明光源１００からの光を当てることができない。この結果、複数枚重なり状態を検出することができない。

また、第３の不都合としては、図１３に示すように、検出ヘッドＫ内にある照明光源（図示していない）がウエハＷの正面からＸＡ方向へ光照射する構成であるため、ウエハＷの左右両側のＸＢ方向及びＸＣ方向から光照射することができない。このため、検出ヘッドＫ内にある撮像装置（図示していない）で撮像できる範囲は、ウエハＷの左右方向中央部付近の狭い範囲になるため、ウエハＷの部分的な汚れ等の影響を受け易く、またクロススロット状態の検出が困難になる。尚、クロススロット状態の検出が確実にできるように照明光源と撮像装置を図１３の左右方向に移動してウエハを左右方向において複数箇所で撮像することもできるが、装置全体の構成が複雑になるだけでなく、検出時間も多くなり、実施し難いものである。

そこで、本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その解決しようとするところは、ウエハの収容状態を正確に検出することができるウエハ検出装置を提供することにある。

即ち、本発明のウエハ検出装置は、前述の課題解決のために、複数のウエハを上下方向に積んで収容可能で、ウエハを前方の開口部から出し入れ可能なウエハ収容容器内に収容したウエハの収容状態を検出するウエハ検出装置であって、
前記ウエハ収容容器の前側に配置され前記ウエハからの反射光が入射される撮像装置と、
前記ウエハ収容容器内のウエハに対して上下から光を照射すべく前記ウエハ収容容器の開口部の左右両側のうちの少なくとも一方側に配置される上下方向に長い縦長状の照明装置と、を備え、前記一方側の照明装置が、前記ウエハの左右両側のうちの一方側に光を照射するように配置されている。

上記構成によれば、撮像装置の左右両側のうちの少なくとも一方側に照明装置を配置し、撮像装置を前記ウエハ収容容器の前側に配置することによって、照明装置の光軸と撮像装置の光軸とが同一方向になることがないから、照明装置からの光がウエハ収容容器の内壁面に当たって反射し、その反射光がウエハの端面に当たって跳ね返ってきた光と一緒に撮像装置に入射することを回避できる。つまり、図１１の不都合を解消できる。
しかも、照明装置が上下方向に長い縦長状であることから、上下方向において所定範囲に渡って光を照射することができる。このことから、重なり合っている２枚のウエハのうちの上側のウエハが前側（蓋側）に移動してしまった状態においても、これら２枚のウエハに上下から光を当てることができるから、重なっている上側のウエハの端面及び下側のウエハの端面の両方に確実に照明装置からの光を当てることができる。その結果、ウエハの複数枚重なり状態を確実に検出することができる。つまり、図１２の不都合を解消できる。
更に、撮像装置の左右両側のうちの少なくとも一方側に配置された照明装置によって、ウエハの左右両側のうちの少なくとも一方側の端面に光を照射し、ウエハの両側のうちの少なくとも一方側の端面を撮像装置にて撮像する。このようにすることによって、クロススロット状態であれば、左右中央部に比べて左右両側で水平方向における傾きが大きく異なるウエハの画像になることから、左右両側のうちの少なくとも一方側のウエハの画像によりクロススロット状態を確実に検出することができる。つまり、図１３の不都合を解消できる。
更にまた、反射型のウエハ検出装置を用いることによって、ウエハの撓みや反りに対しても何ら不具合が出ることなく、ウエハを検出することができる。
前記照明装置がウエハを照らす範囲は、上下方向において全てのウエハの端面を照射する構成であってもよいし、ウエハの複数枚重なり状態を確実に検出することができるように、少なくとも重なっている２枚のウエハの端面に光を確実に当てることができる範囲に設定してもよい。尚、一部のウエハの端面を照射する構成では、照明装置と撮像装置とが一体的に昇降しながら、撮像する構成が好ましい。また、撮像装置は、ウエハ収容容器に対して正面となる位置に配置されることが好ましいが、両側の照明装置の間であれば、必ずしも正面でなくてもよい。つまり、ウエハ収容容器の前側であれば、どの位置でもよい。

本発明によれば、ウエハ収容容器の前側に配置された撮像装置と、撮像装置の左右両側のうちの少なくとも一方側に配置された縦長状の照明装置とを備えさせることによって、ウエハの収容状態を正確に検出することができるウエハ検出装置を提供することができる。

ロードポートに載置されたウエハ収容容器内のウエハを検出する検出装置の側面図である。 ロードポートに載置されたウエハ収容容器内のウエハを検出する検出装置の平面図である。 照明装置を示し、（ａ）はそれの側面図、（ｂ）はそれの平面図である。 撮像装置の上下方向における撮像範囲を示す説明図である。 （ａ）はウエハの収容状態が正常な状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）を撮像した画像を示す図である。 （ａ）はウエハの複数枚重なり状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）を撮像した画像を示す図である。 （ａ）はウエハのクロススロット状態を示す正面図、（ｂ）は（ａ）を撮像した画像を示す図である。 角型のウエハ収容容器内のウエハを撮像している平面図である。 丸型のウエハ収容容器内のウエハを撮像している平面図である。 ２枚重ねのウエハのうちの上側のウエハが下側のウエハよりも前方に移動した状態で撮像している側面図である。 従来のウエハ検出装置においてウエハ収容容器の内壁面に反射した光がウエハ端面からの反射光と一緒に撮像装置に入力される状態を示す側面図である。 従来のウエハ検出装置において上側のウエハが下側のウエハよりも前方に位置ずれした状態で撮像している状態を示す側面図である。 従来のウエハ検出装置においてウエハを真正面から撮像している状態を示す平面図である。

図１及び図２は、本実施形態に係るウエハ検出装置を示している。このウエハ検出装置は、ウエハＷを収容するウエハ収容容器１を載置するロードポート２の左右両側に配置された照明装置３，３と、照明装置３，３からの光がウエハＷの端面に照射され、端面を反射してきた反射光が入射されて該端面を撮像するための撮像装置４とを備えている。このように、反射型のウエハ検出装置を用いることによって、ウエハの撓みや反りに対しても何ら不具合が出ることなく、ウエハを検出することができる。

前記ウエハ収容容器１は、前方が開放された筐体１１と、この筐体１１内に上下方向に所定間隔を置いてウエハＷを積んで収容するための多数のスロット１２（図５（ａ）参照）と、前記筐体１１の前方からウエハＷを出し入れするための開口部を閉じるための蓋１３を備えている。前記筐体１１及び蓋１３は、内部のウエハＷを透視できるように一部または全部が透明又は半透明な材料で構成されているが、透視できない材料で構成してもよい。

前記ロードポート２は、前記ウエハ収容容器１を載置する移載台２１と、前記蓋１３を開閉操作する開閉部２２とを備えている。

前記搬送ロボット５は、前記ウエハ収容容器１内のウエハＷを取り出して図示していない製造装置内で処理した後に該ウエハ収容容器１に戻すことができるように構成されている。具体的には、搬送ロボット５は、ウエハＷを掴むためのハンド５１と、このハンド５１を前後方向に移動させるための伸縮アーム５２，５３と、ハンド５１及び伸縮アーム５２，５３を昇降させる昇降軸５４を備えている。そして、ハンド５１の基端部の上面に、前記撮像装置４が取り付けられており、撮像装置４を昇降軸５４により昇降操作することができる。また、前記撮像装置４は、画像処理部６に接続されており、撮像装置４により取り込んだ画像を処理して、例えば図５（ｂ）に示すようにウエハＷの左右両側の画像を作成する。

前記各照明装置３は、図３（ａ），（ｂ）に示すように、ウエハ収容容器１の上下方向全域に渡る長さを有する縦長状のケーシング３１と、そのケーシング３１内に配置された多数の赤外ＬＥＤ素子３２とを備えている。そして、左右の照明装置３，３が、前記ロードポート２の左右両側に図示していない取付部材を介してそれぞれ取り付けられているが、独立して設置されていてもよい。前記多数の赤外ＬＥＤ素子３２は、全部で６０個の赤外ＬＥＤ素子３２からなり、それら６０個を縦横方向に格子状に配置している。前記ケーシング３１の前面には、光拡散板３３が取り付けられ、照明装置３が、ウエハ収容容器１の上下方向全域に渡って光を満遍なく照射することができる縦長形状を有する拡散光源に構成されている。

図１及び図２に戻り、前記撮像装置４は、ＣＣＤカメラ４１と、ＣＣＤカメラ４１の前端に一体化されたレンズ４２と、レンズ４２の全面に装着されたフィルタ４３とを備えている。フィルタ４３は、前記赤外ＬＥＤ素子の発光波長を透過し、可視光をカットする特性を有しており、これにより前記筐体１１から差し込む外乱光（クリーンルーム内に設置されている蛍光灯の照明光など）を遮断もしくは減衰させて、ウエハ端面からの反射光の検出の障害にならないようにすることができる。

前記のように構成されたウエハ検出装置を用いて、ウエハ収容容器１内のウエハＷの収容状態を検出する手順について説明する。

まず、ロードポート２の開閉部２２が蓋１３を開放した後、蓋１３を保持したまま開閉部２２を下方に降下させる（図１参照）。こうすることによって、ウエハ収容容器１内に搬送ロボット５がアクセスできようになる。

前記のように搬送ロボット５がアクセスできる状態になってから、内部のウエハＷの収容状態を検出する作業を開始する。まず、左右両側の照明装置３，３の電源を入れてウエハＷの左右両側に照明装置３，３の光を照射する。続いて、撮像装置４を例えば最上部に位置するウエハＷから最下方に位置するウエハＷに向かって所定距離だけ下降させて、撮像可能な所定範囲のウエハＷを撮像する。この場合、ウエハＷを一枚ずつ撮像してもよいが、撮像効率を考えて図４に示すように複数枚（たとえば３枚）のウエハＷを撮像できるように撮像装置４の撮像範囲Ｓを設定してもよい。

そして、前記撮像装置４により全てのウエハＷの撮像が完了する、又は撮像が完了する度に、前記画像処理部６により画像処理を行ってウエハ収容容器１内のウエハＷの収容状態の検出が終了する。

前記ウエハＷの収容状態の検出結果が、図５から図７に示されている。
図５（ｂ）では、図５の（ａ）に示すように、ウエハＷの収容状態が正常の場合の撮像画像を示し、各ウエハＷの左右両側のみの端面の画像が表示画面Ｈに表示されている。

図６（ｂ）では、図６（ａ）に示すように、３段目のスロット１２にはウエハＷが無く、２段目のスロット１２に２枚のウエハＷ，Ｗが重なって配置されている状態（複数重なり状態）の撮像画像Ｇ１を示し、各ウエハＷの左右両側のみの端面の画像が表示画面Ｈに表示されている。これは、照明装置を上下方向に長い縦長状にすることによって、ウエハＷ，Ｗに対して上からの光及び下からの光を照射することができるから、複数枚重なり状態を確実に検出することができ、撮像画像Ｇ１を表示できるのである。

図７（ｂ）では、図７（ａ）に示すように、２段目のスロット１２に載置される予定のウエハＷの右側端部が３段目のスロット１２に載置されている、所謂クロススロット状態になっている撮像画像Ｇ２を示し、各ウエハＷの左右両側のみの端面の画像が表示画面Ｈに表示されている。これは、ウエハの左右両端の画像を取り込むことにより、上下方向において両側で上下方向の位置（又は水平方向における傾き）が大きく異なるウエハの画像になることから、クロススロット状態を確実に検出することができ、撮像画像Ｇ２を表示できるのである。

前記のように照明装置３，３をロードポート２の左右両側にそれぞれ配置し、ロードポート２の前面に対してほぼ６０度（角度は何度でもよい）となる斜め方向から光を当てることによって、例えば、図８のウエハ収容容器１の筐体１１が角型である場合に、次のような利点がある。つまり、照明装置３，３から光が照射されると、照射光の一部は、ウエハＷに当たらず、筐体１１の壁面１１Ａに到達し、反射することになるが、この反射光が、筐体１１の壁面１１Ａに対向していない撮像装置４に入射されることがない。この結果、ウエハＷを撮像することができないといったことがなく、確実にウエハＷを撮像することができる利点がある。

また、図８の筐体１１が曲面形状を有する場合には、図９に示すように、一方の（図の下側の）照明装置３からの光が曲面のＡ点で反射し、その反射光Ａ１と他方の（図の上側の）照明装置３からウエハＷの端面Ｂ点で反射した光線Ｂ１とが重なって撮像装置４に入射されて、正確なウエハＷの画像を表示することができない。この場合には、２つの照明装置３，３を交互に点灯して２回分の撮像を行えば、２本の光Ａ１，Ｂ１が重なって撮像装置４に入ることがなく、確実にウエハＷを撮像することができる。尚、照明装置３，３にＬＥＤ等の応答速度の速い素子を用いることによって、撮像を２回行うことによる処理時間の増大を小さく抑えることができる。

更に、図１０では、ウエハＷが上下に重なり、しかも上側のウエハＷ１が下側のウエハＷ２に対して前方側に位置ずれしている場合を示している。しかも、その状態が上下方向で連続している（図１０では上下方向で３箇所連続している）場合である。この場合でも、本実施形態のウエハ検出装置を用いることによって、図１０において３箇所で重なり合ったウエハＷ，Ｗの端面の全てを照明装置３の上側からの光や下側からの光で確実に照射することができるから、全ての箇所で図１０のような２枚の重なり合っているウエハＷ１，Ｗ２があっても、それら全てのウエハＷ１，Ｗ２の端面を撮像装置４にて確実に撮像することができる。図１０では、撮像装置４の視野角が、実線で示す２箇所で重なり合っているウエハＷ１，Ｗ２、Ｗ１，Ｗ２の端面を撮像可能な角度になっている。従って、破線で示すウエハＷ１，Ｗ２は、実線で示す２箇所で重なり合っているウエハＷ１，Ｗ２、Ｗ１，Ｗ２の端面を撮像した後、破線で示すウエハＷ１，Ｗ２が撮像装置４の視野角に入る高さ位置まで撮像装置４を昇降（実際には下降）して撮像することになる。このように一回の撮像でその撮像する範囲を限定して複数回の検出を行うことによって、例えば一回の撮像で全てのウエハを撮像する場合においてウエハの高さ位置検出に誤差が発生することを防止できる効果がある。

尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

前記実施形態では、照明装置３に赤外ＬＥＤ素子３２を用いたが、白熱電球などの近赤外線を照射する各種の光源を用いてもよい。また、上下に長い蛍光灯などであってもよい。また、照明装置３に赤外ＬＥＤ素子３２を用いるとともに、撮像装置４に可視光線を遮断するフィルタ４３を装着することにより、ウエハ収容容器１内に入り込んだ外乱光の影響の低減を図っている。これによって、半導体工場のクリーンルームに用いられる室内照明としての蛍光灯の光は、撮像にほぼ問題にならないレベルまで低減可能であるが、太陽光などの近赤外線を含む外乱光が存在すると、フィルタ４３では外乱光を除去できない場合がある。この場合には、ウエハ収容容器１を挟んで撮像装置４とは反対側に外乱光を遮断する遮光板を設けてもよい。また、この遮光板を必要に応じて昇降させるための昇降機構を備えて実施することもできる。つまり、ウエハ収容容器１が無い時には、遮光板を移載台２１内に収容することができるように昇降機構で下降させ、ウエハ収容容器１が移載台２１に移載されて撮像装置４により撮像が開始される前に遮光板を昇降機構で移載台２１から上方に突出して外乱光の遮断ができるようにしてもよい。前記遮光板の材料としては、非透明な金属板や樹脂板等が使用可能であるが、フィルタ４３で遮断できる可視光線は透過し、フィルタ４３を透過する近赤外光線は遮光する材料を用いれば、外乱光の影響を受けることなく、外部から遮光板を通してロードポート２やウエハ収容容器１内のウエハＷを目視確認することができる。

また、前記実施形態では、照明装置３をウエハ収容容器１の上下方向全域に渡って照射する縦長状に構成したが、ウエハ収容容器１の上下方向の所定領域にのみ光照射する照明装置としてもよい。この場合、撮像装置４の昇降と同期して照明装置を昇降させる昇降機構を設けて実施することになる。

また、前記実施形態では、２つの照明装置３，３を左右に備えて、ウエハＷの左右２箇所の端面の画像を撮像することで、ウエハＷの収容状態の検出の信頼性を高めることができたが、場合によっては、左右いずれか一方にのみ照明装置を配置して撮像してもよい。この場合、たとえば、図７（ｂ）の右側だけを撮像することによって、ウエハＷの傾きを検出できるので、クロススロット状態であると判断できる。また、ウエハＷの収容状態の検出の信頼性を更に高めるために、３つ以上の照明装置を備えさせてもよい。この場合、照明装置がウエハＷの取り出しに支障が出る場合には、照明装置を邪魔にならない場所に移動させる移動機構を設けて実施することになる。尚、天井走行式の搬送装置などによりロードポート２の上方からウエハ収容容器１を移載する場合は、前記遮光板を移載台２１に収納する必要はない。

また、前記実施形態では、撮像装置４を搬送ロボット５に取り付けたが、撮像装置４を搬送ロボット５とは別の昇降機構に設けて実施してもよい。

また、前記実施形態では、単一の撮像装置４を設けたが、複数の撮像装置を設けてもよい。

また、前記実施形態では、撮像装置４の光軸を水平にした場合を示したが、光軸を下向き又は上向きになるように設定してもよい。このように設定すれば、フィルタ４３で十分遮断できない強い外乱光が筐体１１を通して入射しても、ウエハ端部の反射光と外乱光とが重なって撮像装置４に入射することが無いため、ウエハ検出の信頼性をより高めることができる。尚、下向きにする角度の範囲又は上向きにする角度の範囲は、前述したウエハの前方側への位置ずれした時に下側のウエハ端面が検出できないことにならない程度の範囲に設定することになる。

１…ウエハ収容容器、２…ロードポート、３…照明装置、４…撮像装置、５…搬送ロボット、６…画像処理部、１１…筐体、１２…スロット、１３…蓋、２１…移載台、２２…開閉部、３１…ケーシング、３２…赤外ＬＥＤ素子、３３…光拡散板、４１…カメラ、４２…レンズ、４３…フィルタ、５１…ハンド、５２，５３…伸縮アーム、５４…昇降軸、Ｗ…ウエハ

Claims (1)

1. 複数のウエハを上下方向に積んで収容可能で、ウエハを前方の開口部から出し入れ可能なウエハ収容容器内に収容したウエハの収容状態を検出するウエハ検出装置であって、
   前記ウエハ収容容器の前側に配置され前記ウエハからの反射光が入射される撮像装置と、
   前記ウエハ収容容器内のウエハに対して上下から光を照射すべく前記ウエハ収容容器の開口部の左右両側のうちの少なくとも一方側に配置される上下方向に長い縦長状の照明装置と、
   を備え、
   前記一方側の照明装置が、前記ウエハの左右両側のうちの一方側に光を照射するように配置されていることを特徴とするウエハ検出装置。

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