KR100434819B1 - 반사형 센서 - Google Patents

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Abstract

반사형 센서에 구비된 투광소자(11)는, 한쌍의 LED 칩(14, 15)을 일체로 패키지해서 이루어진다. 그리고, 이들 양 LED 칩(14, 15)으로부터 출사한 광은 서로 파장대가 다르기 때문에, 웨이퍼(1)가 파장의 광을 흡수하더라도 그 광의 파장과는 다른 파장대의 광이 웨이퍼(1)에서 반사하여 수광소자(12)에 수광되어 웨이퍼(1)가 검출된다.

Description

반사형 센서{REFLECTION TYPE SENSOR}
(발명이 속하는 기술분야)
(종래의 기술)
반사형 센서의 일예로서, 예를 들면, 반도체 웨이퍼 기판(이하, 단순히 「웨이퍼」)의 검출에 사용되는 것이 있다. 이 반사형 센서는 투광소자와 수광소자를 구비하여, 웨이퍼를 가로지르도록 이동하면서 투광소자로부터의 웨이퍼의 주면을 향하여 광을 투사하고, 그 반사광을 수광소자로 수광한다.
더욱이, 종래의 반사형 센서로서는, 예를 들면, 일본 실개평 5-38761호, 일본 실개평 6-70240호, 일본 특공평 1-52897호 등에 개재된 것이 알려져 있다.
(발명이 해결하려고 하는 과제)
그런데, 이 종류의 웨이퍼에서는, 표면에 산화막이나 질화막 등이 생성되어 있는 경우가 있고, 그와 같은 경우에는, 웨이퍼는 어떤 파장대의 광을 선택적으로 흡수하는 특성을 갖는다.
그러나, 종래의 반사광 센서에서는, 투광소자는 단일 파장대의 광을 출사하는 구성이므로, 그 파장대가 웨이퍼의 흡수파장대와 포개져 버리면, 투광소자로부터의 광이 웨이퍼에 흡수되어 반사하지 않고, 검출을 행할 수 없는 경우가 있었다. 이 때문에 종래는, 복수 종류의 반사형 센서를 준비하고, 웨이퍼의 종류가 전환될 때마다, 그의 웨이퍼에 흡수되지 않는 파장대의 광을 출사하는 반사형 센서로 교환하는 작업이 강요되었다.
본 발명은, 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로, 검출물이 특정의 파장의 광을 흡수할지라도 확실하게 검출물을 검출가능한 반사형 센서의 제공을 목적으로한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 관한 반사형 센서의 사시도,
도 2는 반사형 센서의 평단면도,
도 3은 투광소자내의 LED 칩의 위치를 도시하는 평면도,
도 4는 투광소자내의 LED 칩의 위치를 도시하는 측면도,
도 5는 각 LED 칩으로부터의 광의 출사방향을 도시하는 평면도,
도 6a는 웨이퍼의 광흡수특성을 도시하는 그래프, 도 6b는 수광소자의 광전변환특성과 각 LED 칩의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프,
도 7은 투광소자의 발광 스펙트럼을 도시하는 그래프.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1: 웨이퍼(검출물) 11: 투광소자
12: 수광소자 14, 15: LED 칩
21: 구동회로 22: 수광회로
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 서로 다른 파장대의 광을 출사(出射)하는 복수의 LED 칩을 서로 인접 배치하고 동시에 일체로 패키지해서 이루어지는 검출물을 향하여 광을 출사하는 투광소자와, 상기 검출물로부터의 반사광을 수광하여 상기 복수의 파장대의 광에 대하여 광전변환작용을 행하여 수광신호를 출력하는 수광소자와, 이 수광소자로부터의 수광신호에 의거하여 검출물의 유무의 판단을 행하는 수광회로를 구비한 구성으로 하였다.
본 발명에 의하면, 투광소자가 다른 파장대의 광을 출사하므로, 검출물이 특정의 파장의 광을 흡수하였다 하더라도, 별도의 파장대의 광이 검출물에 의하여 반사되고, 이것이 수광소자에 입사하여 수광신호가 출력된다. 따라서, 광의 선택적인 흡수성이 있는 검출물일지라도, 이것을 확실히 검출할 수가 있다. 게다가, 복수의 LED 칩이 서로 인접배치되어 1패키지화되어 있으므로, 소형인데 더하여, 단일한 투광소자로부터 복수의 파장대의 광이 거의 동일조건으로 출사되게 된다. 따라서, 복수의 투광소자를 사용하는 경우에 비하여 보다 정확한 검출이 가능하다.
또, LED 칩중 적어도 하나를 가시광선을 출사하는 것으로 하면, 광의 조사위치가 명확하게 되므로, 검출위치를 용이하게 알 수 있다.
더욱더, 청구항 제 1 항 또는 제 2 항의 발명에 있어서, 상기 투광소자는 판상의 검출물에 대하여 그것의 두께방향으로 상대이동하는 구성이 되고, 그의 투광소자의 상기 복수의 LED 칩은, 그의 투광소자의 상대이동방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치되는 구성으로 할 수가 있고, 모든 LED칩이 이동방향에 있어서 같은 위치에서, 검출물에 대면하게 된다. 그 결과, 어느 LED 칩으로부터의 광이 검출물에서 반사하였는가에 관계없이, 같은 위치에서 수광소자가 반사광을 수광할 수 있게 되어, 정확한 검출이 가능하게 된다.
또, 청구항 제 1∼3 항의 발명에 있어서, 1개의 투광소자와 2개의 수광소자를 센서헤드에 고정하고, 그 센서헤드를 검출물에 대하여 상대적으로 이동하도록 구성하고, 상기 2개의 수광소자는 상기 투광소자에 대하여 상기 센서헤드의 상대이동방향과 직교하는 방향에 따라 투광소자의 양측에 늘어서도록 하는 것이 바람직하다. 이로서, 반사광을, 투광소자의 양측에 위치하는 2개의 수광소자로 받는 형태로 되므로, 검출물의 반사면이 어떠한 방향으로 향하여 있더라도, 그 반사광을 확실히 수광할 수가 있다.
(발명실시의 형태)
이하, 본 발명의 실시형태를 도 1∼도 6에 의거하여 설명한다.
도 1에는, 본 실시형태의 반사형 센서중 투광소자(11)와 수광소자(12)를 구비한 센서헤드(10)와, 검출물로서의 웨이퍼(1)가 도시되어 있다. 웨이퍼(1)는, 원판의 둘레가장자리부의 일부를 직선상으로 노치하여 소위, 오리엔테이션 플래트(orientation flat)면(2)을 형성한 구조를 이루고, 반송시나 처리시에 있어서는, 카세트(3)에 수납된 상태로 취급된다. 카세트(3)는 전면이 개방한 상자체내에 대향하는 내측면에 복수의 홈부(4)를 형성하여 이루고, 복수의 웨이퍼(1)가 대향하는 홈부(4, 4) 사이에 꽂혀서 걸쳐져 있고, 예를 들면, 오리엔테이션 플래트면(2)을 카세트(3)의 개구(3A)측으로 향하도록 수용되어 있다.
더욱이, 웨이퍼(1)는 반드시 오리엔테이션 플래트면(2)을 카세트(3)의 개구(3A)측으로 향하지 않아도 좋다. 또, 웨이퍼(1)는 반드시 오리엔테이션 플래트면(2)을 구비하고 있지 않아도 좋다.
센서헤드(10)는 도시하지 않은 액추에이터에 고정되고, 카세트(3)의 개구(3A)에 있어서의 수평방향의 중심부분에 따라서, 웨이퍼(1)의 오리엔테이션 플래트면(2)을 가로지르는 방향(도 1의 수직방향)으로 이동한다. 그리고, 이 센서헤드(10)에는 도 2에 도시하는 바와 같이, 하나의 투광소자(11)의 양측에 한쌍의 수광소자(12, 12)가 배치되고, 이들 양 수광소자(12, 12)는 같은 도면에서 도시하는 바와 같이, 광축이 서로 상대측에 기울어져 있다. 더욱더, 각 소자(11, 12)의 전방에는 집광렌즈(11A, 12A)가 설치되어 있다.
그런데, 투광소자(11)는 도 3 및 도 4에 확대하여 도시되어 있고, 한쌍의 LED 칩(14, 15)을 서로 인접배치하고, 그들을 일체로 패키지한 구조를 이룬다. 그리고, 투광소자(11)는 LED 칩(14, 15)의 배열방향이 센서헤드(10)의 이동방향과 직교하는 방향으로 향하도록 센서헤드(10)에 고정되어 있다.
그런데, 도 6b에는 상기 LED 칩(14, 15)이 각각 발광하는 광의 성분이 도시되어 있고, 같은 도면에 도시하는 바와 같이, 양 LED 칩(14, 15)은 서로 다른 파장대의 광을 출사한다. 또 한쪽의 LED 칩(14(15))이 발광하는 광은, 가시광선으로 되어 있다. 더욱더, 수광소자(12)가 광전변환작용을 행하여 수광신호를 출력하는 광의 파장대는 도 6b의 범위 A로 도시되어 있고, 이 수광소자(12)의 수광가능한 파장대(범위 A)에, 상기 양 LED 칩(14, 15)으로부터의 광의 파장대가 포함된다.
다음에 상기 구성으로 이루어지는 본 실시형태의 동작에 대하여 설명한다.
센서를 기동하면, 구동회로(21)로부터 투광소자(11)에 구비한 양 LED 칩(14, 15)에 소정주기의 펄스신호가 부여되고, 양 LED 칩(14, 15)이 예를 들면 같은 타이밍으로 광을 출사한다.
그리고, 도시하지 않는 액추에이터가 작동해서, 센서헤드(10)가 웨이퍼(1)의 오리엔테이션 플래트면(2)을 가로지르는 방향(도 1의 상하방향)으로 이동한다. 그리하면, 양 LED 칩(14, 15)은, 이동방향과 직교하는 방향에 나란하게 배치되어 있으므로, 양 LED 칩(14, 15)이 이동방향에 있어서 같은 위치에서 웨이퍼(1)에 대면하고, 양 LED 칩(14, 15)으로부터의 광이 함께 웨이퍼(1)의 오리엔테이션 플래트면(2)에 조사된다. 여기서, LED 칩(14, 15)으로부터의 광은 서로 파장대가 다르기 때문에, 웨이퍼(1)에 조사되는 광은 도 6b에 도시하는 바와 같이, 2개의 파장대에서 광량이 피크가 된다.
그런데, 웨이퍼(1)에 코팅된 예를 들면 질화막이 LED 칩(14)으로부터의 광을 흡수하는 성질을 갖고 있는 경우에는, LED 칩(14)으로부터의 광은, 웨이퍼(1)에서 흡수되어, 웨이퍼(1)로부터의 반사광에는, LED 칩(14)으로부터 출사된 파장대의 광은 포함되지 않게 된다(도 6a 참조). 그런데, LED 칩(15)으로부터 출사된 광의 파장대는, LED 칩(14)으로부터의 광의 파장대와는 다르기 때문에, LED 칩(15)으로부터의 출사된 광은, 웨이퍼(1)에 흡수되지 않고 반사되어서, 이것이 양 수광소자(12, 12)에 수광되어 수광신호가 출력된다. 그리고, 이들의 수광신호가 수광회로(22)에 의해 증폭되고, 그의 수광신호의 레벨이 소정레벨을 넘었다고 판별되면, 투수광소자(11, 12)의 전방위치에 웨이퍼(1)가 있음이 검출된다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 투광소자(11)로부터 서로 파장대가 다른 광을 출사하는 구성으로 하였으므로, 웨이퍼(1)가 특정의 파장의 광을 흡수할지라도, 적어도 어느 한쪽의 파장대의 광은 웨이퍼(1)에서 반사하여 수광소자(12)에 수광되고, 이로서 웨이퍼(1)를 확실히 검출할 수가 있다.
게다가, 투광소자(11)는, 한쌍의 LED칩을 일체로 패키지한 구성이므로, 따로따로 패키지된 복수의 LED를 설치한 것에 비하면, 소형화가 도모된다. 또, 양 LED 칩(14, 15)을 인접 배치하였으므로, 광학적으로 거의 같은 위치로부터 발광되는 광의 광량이 증가하고, 이로서, 광을 흡수하는 성질을 갖지 않는 검출물에 본 실시형태의 반사형 센서를 사용하였을 때에, 반사광의 강도가 높아져서 보다 검출 정밀도를 높일 수 있다. 더욱더, 양 LED 칩(14, 15)은 이동방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치되어 어느 LED 칩(14, 15)으로부터의 광이 웨이퍼(1)에서 반사하였는가에 관계없이 같은 위치에서 수광소자(12)가 반사광을 수광하므로, 어느 LED 칩(14, 15)으로부터의 광을 수광하였는가를 구별하지 않고, 웨이퍼(1)의 위치검출을 행하는 것이 가능하게 된다. 또, 한쪽의 LED 칩으로부터의 가시광선을 검출위치의 표적으로 할 수가 있으므로, 취급성에도 우수하다.
(다른 실시형태)
본 발명은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 이하에 설명하는 바와 같은 실시형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함되고, 더욱더 하기 이외에도 요지를 일탈하지 않는 범위내에서 종종 변경하여 실시할 수가 있다.
(1) 상기 실시형태의 검출물은, 웨이퍼(1)였지만, 예를 들면 자기디스크기판, 시계의 문자판이나, 케이스에 구비한 평판상의 덮개, 풀리, 와셔 등이라도 좋다. 또 검출물은 반드시 판상이 아니더라도 좋다.
(2) 상기 실시형태의 투광소자(11)는 2개의 LED 칩(14, 15)을 구비하고 있었지만, LED 칩을 3개 이상 구비한 구성으로 하여도 좋다.
(3) 또, 복수의 LED 칩으로부터의 광의 파장대는 서로 다르기만 하면, 도 7에 도시하는 바와 같이, 파장대의 일부가 겹쳐 있어도 좋다.
상기 구성에 의하여, 광의 선택적인 흡수성이 있는 검출물일지라도, 이것을 확실히 검출할 수가 있고, 복수의 투광소자를 사용하는 경우보다 정확한 검출이 가능하다. 또한 광의 조사위치가 명확하게 되므로 검출위치를 용이하게 알 수 있다. 그리고 어느 LED 칩으로부터의 광이 검출물에서 반사하였는가에 관계없이 같은 위치에서 수광소자가 반사광을 수광할 수 있게 되어, 정확한 검출이 가능하게 된다.

Claims (5)

  1. 서로 다른 파장대의 광을 출사하는 복수의 LED 칩을 서로 인접 배치하고, 또한 일체로 패키지되어 이루어져서, 검출물을 향하여 광을 출사하는 투광소자와, 상기 검출물로부터의 반사광을 수광하여 상기 복수의 파장대의 광에 대하여 광전변환작용을 행하여 수광신호를 출력하는 수광소자와, 이 수광소자로부터의 수광신호에 의거하여 검출물의 유무의 판단을 행하는 수광회로를 구비하여 이루어진 것을 특징으로 하는 반사형 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 복수의 LED 칩중 적어도 하나는 가시광선을 출사하는 LED 칩인 것을 특징으로 하는 반사형 센서.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 투광소자는 판상의 검출물에 대하여 그 두께방향으로 상대이동하는 구성으로 되고, 그 투광소자의 상기 복수의 LED 칩은, 그 투광소자의 상대이동방향과 직교하는 방향으로 일렬로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반사형 센서.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 1개의 투광소자와 2개의 수광소자가 센서헤드에 부착되어서 그 센서헤드가 상기 검출물에 대하여 상대적으로 이동하도록 구성되고, 상기 2개의 수광소자는 상기 투광소자에 대하여 상기 센서헤드의 상대이동방향과 직교하는 방향을 따라서 투광소자의 양측에 늘어서 있는 것을 특징으로 하는 반사형 센서.
  5. 제 3 항에 있어서, 1개의 투광소자와 2개의 수광소자가 센서헤드에 부착되어서 그 센서헤드가 상기 검출물에 대하여 상대적으로 이동하도록 구성되고, 상기 2개의 수광소자는 상기 투광소자에 대하여 상기 센서헤드의 상대이동방향과 직교하는 방향을 따라서 투광소자의 양측에 늘어서 있는 것을 특징으로 하는 반사형 센서.
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