JPH0641323B2 - ウエハ位置検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ 本発明は、ウエハ位置検知装置に関し、特にウエハ搬送
装置に都合良く使用されるウエハ位置検知装置に関す
る。

［従来技術］ 一般に、ウエハに対して加工または測定を行なう装置本
体にはウエハを複数枚収納可能なウエハカセットが設置
されている。ウエハはカセットから装置本体に供給さ
れ、ここで加工または測定を終了した後再びカセットに
収納され、カセットごと次の工程にまわされる。

従来、カセットからウエハを搬出または搬入するために
ベルトコンベア式の搬出装置およびハンド式の搬出装置
が利用されている。

しかしながら、カセットを上下移動させて下方に配置さ
れたコンベアベルト上にウエハを載せるベルトコンベア
式の装置においては、ウエハ供給時にはウエハがカセッ
トの下から順に取り出され、また収納時にはウエハが収
納順に従って上から順に並ぶことになるので、カセット
内の任意の段のウエハを随時出し入れすることができな
いという欠点がある。

一方、カセット内に多段に収納されたウエハ間の間隙に
パンタグラフ式ハンド等のハンドを直接挿し込んでウエ
ハの出し入れを行なうハンド式の搬送装置においては、
所望の位置からウエハを取り出し、また、所望の位置に
ウエハを収納することができる。しかし、キャリヤ内に
は、通常、複数枚のウエハが収納されており、この方式
の場合、ハンドのフィンガを搬出すべき所望のウエハと
隣接するウエハとの間に確実に挿入するために、カセッ
ト内のウエハの位置を正確に検知する必要がある。

そこで、このハンド式のウエハ搬送装置において、カセ
ット内の各ウエハの位置レベルをレーザ光等により検出
することが提案されている。これは、例えば光源として
レーザ以外の例えばＬＥＤ等を用いた場合には光源から
の光はある程度の広がりをもつため、この広がった光で
位置を検知したい所望のウエハが光路を遮断することを
検出することは極めて困難だからである。

これ以外にＴＶカメラ等でウエハの断面をみる方法も考
えられるが、ＴＶカメラを用いる場合はカメラレンズの
焦点合せが必要となる。ところがカセット内に収容され
たウエハはウエハの出し入れ方向においてかなり位置の
バラツキが大きいため正しい焦点合せができず、精密な
位置検知には適さない。加うるにＴＶカメラは高価で大
きく複雑である。

要するにレーザを用いたウエハの位置検知法は、光路が
直線的であるために上下の隣接するウエハにより影響が
ないばかりか、焦点合せも不要であるため収容されたウ
エハの出し入れ方向に沿った位置のバラツキによる検知
精度の低下もない。しかし、現実にはウエハカセットの
傾きや変形等によりウエハの位置検出が正確に行なわれ
ないことがあるという欠点が存在した。これは、検出光
としてスポット光を用いていたためである。

［発明の目的］ それ故本発明の目的は、ハンド式のウエハ搬送装置に都
合良く使用されるとともに、ウエハの位置を従来よりさ
らに確実に精度高く検出することが可能なウエハ位置検
知装置を提供することにある。

［実施例］ 以下、図面により本発明の実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るウエハ位置検知機構
を適用したパンタグラフ式ハンドラの概略の構成を示
す。このハンドラは、第２図に示すように、一端に設け
られた軸９を中心として回転自在なハンドアーム10と、
ハンドアーム10の他端に軸11を介して同じく回動自在に
一端を連結されたハンドアーム12と、ハンドアーム12の
他端に同じく枢動自在に連結されたウエハ支持用フィン
ガ５とから構成されている。なおハンドラは、ハンドア
ーム10およびハンドアーム12をそれぞれ対をなすように
２本ずつ有している。

この第２図は、ハンドアーム10およびハンドアーム12を
一直線状に延ばし、ウエハカセット６内に収容されたウ
エハ７の裏側にフィンガ５を位置させた状態で示したも
のである。これに対し第３図は軸９の位置を固定点とし
て軸９に向かってフィンガ５を引込め、ウエハカセット
６からウエハ７を取り出した状態で示した図である。こ
こでハンドアーム12は、第２図の状態から軸９を中心と
したアーム10の回転に従って軸11を中心として折れ曲が
るように回転し、一方、このときハンドアーム12の他端
も同じく軸13を中心としてフィンガ５に対して回転す
る。途中アーム10とアーム12とが重なり合い、対をなす
アーム同士が直線状に向かい合うような位置まで移動す
る。さらに、このウエハ搬出装置のハンドラにおいて
は、ハンドアーム12は対をなすアームが直線状に向い合
うような位置からウエハカセット６と離れる方向へ軸11
を中心として回動する。最終的にハンドアーム10とハン
ドアーム12は、第３図に示すように、第２図の状態と逆
の方向に一直線状に伸び、フィンガ５はハンドアーム10
および12の上方に重なり合うように位置する。

上記構成によれば、ハンドアームの長さはウエハの所定
の移動距離の４分の１で良く、装置全体として極めてコ
ンパクトなものとなる。また、第３図に示されるように
アーム10および12はその大部分がフィンガ５面上に載置
されたウエハ７の真下に位置するので、ウエハ７を所望
の方向に移動させるためにハンドラを回転させるとき必
要とされる占有面積は極めて少なくなる。

ここで上述したようなハンドアーム10および12の作動を
可能とする機構について第４図を参照して説明する。ア
ーム10の軸９側には固定式のプーリ14が配置されてお
り、このプーリ14はアーム10が軸のまわりに回動する場
合にも不動である。一方、軸11はアーム12と一体である
プーリから構成され、プーリ14とプーリ11との間にはタ
イミングベルト15が掛け渡されている。アーム10を軸９
を中心として回動させるとタイミングベルト15とプーリ
11とは相対的に移動し、これによってアーム12は軸11を
中心として折れ曲がるように移動する。

ここでフィンガ５を軸９に向かう方向へ引き寄せる際直
線的に移動させるためには、アーム10の傾斜角度とアー
ム10とアーム12とのなす開き角度とが１：２の関係を常
に維持するように軸９とプーリ11の駆動量を定めなけれ
ばならない。

第１図に戻って、前述のとおりカセット６内には複数枚
のウエハ７が収納されているが、フィンガ５を搬出すべ
き所望のウエハ７と隣接するウエハ７との間に挿入する
ためには、ウエハの位置を正確に検知する必要がある。
そこでウエハハンドラにウエハ位置検知機構を組み込ん
で使用するのが好ましい。ウエハ位置検知機構の基本的
な構成は、レーザ源16と、カセット６の裏側に配置され
たミラー18と、レーザ源16から出たレーザ20をミラー18
に向けて反射させ、一方ミラー18によって反射されたレ
ーザを透過させるハーフミラー17と、ハーフミラー17を
透過したレーザを検出するためのホトセンサ19を有して
いる。フィンガ５とレーザ光路とのレベルの差による位
置補正の必要をなくすために、フィンガ５とレーザ光路
とのレベルを極めて近接させるのが好ましい。レーザは
直進性がすぐれているため直線形状の物体の位置検知に
適しているからである。

第１図において、21はフィンガ５をカセット６から抜き
出すためにハンドアーム10および12を折り曲げるための
ハンドーアーム伸縮用駆動部である。22はフィンガ５面
上に載置されたウエハ７の向きを変えるためにハンドラ
を回転させるとき使用させるハンドラ回転用モータであ
る。さらに23はハンドラ昇降装置であり、カセット６内
に収容された任意の位置のウエハ７を出すためにフィン
ガ５の高さを所望のレベルに変えるためのものである。

昇降装置23を駆動することにより、レーザビームはウエ
ハにより遮られたり、またウエハの無い所ではミラーで
反射しホトセンサ19に入射する。従ってホトセンサ19の
出力を観察すればウエハの有無を検知することが出来
る。すなわちウエハが光路中に存在すればホトセンサ19
の出力は減少して零に近付き、ウエハが存在しなけれ
ば、出力はある一定のレベルになるので、このことから
ウエハの存在を知ることが出来る。また、昇降装置23と
前記ホトセンサの出力を協働させればカセット内のウエ
ハの位置を知ることが出来る。

以上の構成は従来公知のウエハハンドラとほぼ同様であ
り、第１図のハンドラは従来のものに対して、ウエハ位
置検知機構を構成するレーザ源16のみが異なる。すなわ
ち、従来のレーザ源16はレーザ光20としてスポット形状
の光を出射するものを用いていたが、第１図のレーザ源
16は、半導体レーザ光源30とシリンドリカルレンズ31を
組合せ、出射するレーザビームの形状を線状のいわゆる
シートビーム形状の光としている。

第５図はウエハの断面にスポット光とシートビーム光が
照射された状態の模式図を示す。同図イおよびハはそれ
ぞれウエハにスポットおよびシートビームがかかってい
ない状態を示し、ロおよびニはそれぞれウエハによりス
ポットおよびシートビームが遮断されている状態を示し
ている。ロとニを見較べるとよく判るように、スポット
ビームの場合もしビームの直径よりウエハの断面厚さが
小さければスポットビームの一部がウエハにより遮光さ
れずに通過して行く。一方、ニのシートビームの場合は
ウエハの断面方向とシートビームの長手方向を良く一致
させることにより、シートビームはウエハによりほとん
ど遮られる。これはビームを極めて有効に利用している
ことになり、それだけウエハの位置検知のＳＮ比を向上
させることになる。この関係は、第６図にイおよびロに
示すフォトセンサ19の出力で見ればより明白である。す
なわち、ウエハ位置の検出精度と確実性はロのごとく明
暗比の大きいシートビームの方が秀れていることは明ら
かである。

第７図は第１図のハンドラのウエハ位置検知機構に対し
レーザ源駆動系および受光系32〜38の構成要素の具体例
を明示したものである。第７図において、32は周波数
_０の矩形波を発生する回路である。33は半導体レーザ30
を駆動する回路で、矩形波発生回路32の出力を受けてレ
ーザの駆動をオンオフする。34は交流増幅回路でホトセ
ンサ19の出力のうち交流成分のみ増幅する。35は帯域ろ
波器で中心周波数_０に合せてある。36は検波器で帯域
ろ波器35の交流出力を直流成分に変換する回路である。
37は前記検波器36の出力からウエハの中心位置を昇降装
置と連結して検知する回路である。

第１図の構成においてレーザ光はウエハの検知を行なう
信号成分としてホトセンサ19に入射する。しかし、一般
にはホトセンサ19には周囲からの外光がレーザと共に入
射するのでこの外光成分は直流成分として現われる。も
し、半導体レーザ30を直流駆動すれば、前記外光成分と
信号成分とが混り合い分離は不可能であり、従って外光
成分の分だけＳＮ比が下がり、位置検出の精度や確度が
下がることになる。第７図の装置はこの外光成分を除去
し有効な信号成分のみ検出せんとするものである。

第７図において、レーザ駆動回路33は、矩形波発生回路
32の出力を受けて半導体レーザ30を矩形波状、すなわち
周波数_０でオンオフ駆動する。従ってレーザビームも
同様にオンオフの状態となり、もし光路にウエハが無け
ればこのオンオフ状の光がホトセンサ19に入射しその出
力は周波数_０の交流成分となる。一方外光成分は前述
したごとく、直流成分として出力される。交流増幅器34
および帯域ろ波器35は、前記のオンオフ状の交流成分の
み増幅し通過させるので、ここで外光成分はカットされ
ることになる。検波器36は信号成分である交流成分を直
流に変換する。この直流分はウエハの有無の情報を持つ
信号なのでウエハ位置検知回路37は昇降装置23と協働し
て得られる。この信号からウエハ位置を求めることが出
来る。この関係を第８図に示す。同図イはホトセンサの
出力の波形で外光成分である直流分と信号成分である交
流状の半導体レーザ光成分とが検出されているが、同図
ロは検波器36の出力の波形で外光成分が除去されてい
る。このようにシートビームを交流状にオンオフ駆動
し、この交流分のみ検知すれば極めてＳＮ比の良い信号
検知が出来る。

［発明の適用例］ 以上においては、ウエハカセットに収納されたウエハの
位置を検出する場合について述べたが、本発明の検知対
象はウエハに限ること無く他の線状あるいは板状の被検
知物体にも適用可能である。

また上記実施例ではホトセンサ19は反射ミラー18の反射
光を受けているが、直接ミラーの位置にホトセンサ19を
置いても良い。また、レーザ光をシートビーム状にする
のに、シリシドリカルレンズの代わりに、スリットを用
いても良い。

［発明の効果］ 以上、詳述したように本発明によれば、半導体レーザの
ビーム形状をシートビーム状にし長手方向をウエハの断
面方向に合せることによりビームの有効利用を計りＳＮ
比向上を行ないウエハの位置検知の精度と確度を上げる
ことが出来る。

さらに、特に使用環境の悪い、すなわち周囲の明るい場
所で使用する場合は外光の悪影響をさけるためにレーザ
光をオンオフの交流状に点灯させ、その交流成分のみ取
り出すようにして、より一層の精度と検出確度を向上さ
せることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係るウエハハンドラの概
略の構成を示す側面図、 第２図は、第１図の装置のハンドを伸した状態を示す上
面図、 第３図は、第１図の装置のハンドを縮めてウエハをカセ
ットから引き抜いた状態を示す上面図、 第４図は、第２図のハンドのアーム駆動機構の部分図、 第５図は、スポットビームとシートビームがウエハによ
り遮光される状態を示した図、 第６図は、ウエハの存在によりスポットビームとシート
ビームが遮断された場合のホトセンサ出力の変化を示す
波形図、 第７図は、本発明の他の実施例に係るウエハハンドラの
側面図、 第８図は、第７図の装置においてレーザ源を交流でオン
オフ駆動した時のホトセンサの出力と検波器の出力を示
す波形図である。 ５：フィンガ、６：ウエハカセット、７：ウエハ、16：
レーザ源、17：ハーフミラー、18：ミラー、19：ホトセ
ンサ、20：レーザ光、32：矩形波発生回路、33：レーザ
駆動回路、34：交流増幅器、35：帯域ろ波器、36：検波
器、37：ウエハ位置検知回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ウエハカセットのウエハ挿脱口に対向する
   位置に直進型ハンドを設け、該ハンドをウエハカセット
   内の所定位置に挿入したのち、該ハンド上にウエハを載
   置し、該ハンドをウエハカセット外に脱出せしめてウエ
   ハを取り出す搬送装置のウエハ位置検知装置であって、
   レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザビー
   ムを細長い矩形状のシートビームに形成させる手段と、
   該シートビームをウエハカセット内に、該シートビーム
   の長手方向と該ウエハカセット内に収容されているべき
   ウエハの断面の長手方向とを一致させて照射する手段
   と、該ウエハカセット内のウエハ間を通過したシートビ
   ームを検出するホトセンサと、該ホトセンサの検出出力
   に基づいてウエハの位置を検知する手段とを具備するこ
   とを特徴とするウエハ位置検知装置。
2. 【請求項２】前記ハンドが、ウエハを水平に支持するウ
   エハ支持部材と、該ウエハ支持部材を水平面内で往復動
   させるパンタグラフ機構とを有するパンタグラフハンド
   である特許請求の範囲第１項記載のウエハ位置検知装
   置。
3. 【請求項３】前記シートビームが、所定の周期でオンオ
   フ駆動されたものであり、前記ウエハ位置検知手段が、
   前記ホトセンサの検出出力から直流成分をカットする手
   段を有している特許請求の範囲第１項または第２項記載
   のウエハ位置検知装置。