JPH10335430A - ウエハ搬送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ウエハカセット、特にフロントオープンカセ
ット内の特定位置におけるウエハの有無検出、及び正確
な位置検出を行うウエハ搬送装置を提供する。 【解決手段】 特定パターンを照明する照明系１と、特
定パターンもしくは光源像を、ウエハカセット６内のウ
エハ８，９，１０とほぼ平行な光軸で、ウエハ断面位置
に空中像５として投影する光学系３と、上記空中像５を
１次元センサ１３上に投影する光学系１２と、上記空中
像５とウエハカセット内のウエハの相対位置を変化させ
る機構部で構成され、上記空中像内に生じる空中像の欠
落位置より、ウエハカセット内の特定位置におけるウエ
ハの有無、及び正確な位置を検出することを特徴とする
ウエハ搬送装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明はウエハ搬送装置に関
するもであり、特に、ウエハカセット内の特定位置にお
けるウエハの有無検出、及び正確な位置検出に関するも
のである。

【０００２】さらに、本発明は、フロントオープンカセ
ット内の特定位置におけるウエハの有無検出、及び正確
な位置検出に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】今後、半導体製造プロセスにおけるクリ
ーン化を徹底する為に、ウエハカセット用のミニエンバ
イロメントとして、図５に示す様なフロントオープンカ
セットが採用される傾向がある。しかし、このフロント
オープンカセット内の特定位置におけるウエハの有無検
出、及び正確な位置検出の方法が、現在、確立していな
い。

【０００４】従来のオープンカセット内の特定位置にお
けるウエハの有無検出、及び正確な位置検出の方法を図
１０に示す。図１０において、４０はオープンカセッ
ト、４１はウエハ、４２は半導体レーザ、４３はコリメ
ータレンズ、４４は平行光レーザビーム、４５はホトセ
ンサ、４６は上下方向に移動可能な搭載台である。この
従来の方法は、搭載台４６を上下方向に移動させなが
ら、ホトセンサ４５に入射する平行光レーザビームの光
量を検出することにより、オープンカセット内の特定位
置におけるウエハの有無検出、及び正確な位置検出を行
うものである。ここで、光源として半導体レーザを使用
しているのは、半導体レーザは点光源に近い光源であ
り、容易に、かつ、効率良く、平行光を構成することが
可能な為である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】フロントオープンカセ
ット内の特定位置におけるウエハの有無検出、及び正確
な位置検出を考えた場合、従来方法の延長として、フロ
ントオープンカセットのウエハアクセス面の対抗面（以
降、「裏面側」という）に反射板を取り付け、この反射
板から反射してくる光量を検出する方法が考えられる。

【０００６】しかし、この方法では以下の様な欠点があ
る。 （１）フロントオープンカセットは、ほぼ透明な材料で
あり、また、図６に示す様に、半導体製造装置３１の前
面に取り付けられるものである為、上記方法を採用した
場合、平行光レーザビームの散乱光を半導体製造装置外
に出してしまうことになり、安全上問題である。 （２）上記方式では、反射板は搬送装置とは一体のもの
でない為、平行光レーザビームと垂直な位置関係を保証
することが困難である。そのため、反射板に入射する平
行光レーザビームと、反射板から反射する平行光レーザ
ビームにずれが生じてしまう。このずれが生じると、ど
ちらの平行光レーザビームがウエハにより遮られたか判
別がつかない為に、正確な位置検出が困難となる。 （３）上記反射板を、フロントオープンカセット内に配
置した場合、フロントオープンカセットの洗浄性を損な
うことになる。

【０００７】また、もし、上記反射板をフロントオープ
ンカセットの外に配置した場合には、フロントオープン
カセット裏面側の材料内を平行光レーザビームが往復で
通過することになり、光路が安定なものにならない為、
上記（２）と同じ理由で、正確な位置検出が困難とな
る。

【０００８】以上、述べた様に、従来の構成の延長、つ
まり、平行光レーザビームの光量検出方法では、フロン
トオープンカセット内の特定位置におけるウエハの有無
検出、及び正確な位置検出を安全に、かつ、精度良く、
また、フロントオープンカセットの洗浄性を損なうこと
なく実施することは困難であった。本発明は上記問題点
を解決することを課題とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋭意検討した
結果、特定パターンもしくは光源像の空中像をウエハ断
面位置に投影する方法を採用することによって上記課題
が解決されることを見出し本発明に至った。

【００１０】すなわち、本発明は以下の（１）〜（１
４）である。 （１）特定パターンを照明する照明系と、特定パターン
を、ウエハカセット内のウエハとほぼ平行な光軸で、ウ
エハ断面位置に空中像として投影する光学系と、上記空
中像を１次元センサ上に投影する光学系と、上記空中像
とウエハカセット内のウエハの相対位置を変化させる機
構部で構成され、上記空中像内に生じる空中像の欠落位
置より、ウエハカセット内の特定位置におけるウエハの
有無、及び正確な位置を検出することを特徴とするウエ
ハ搬送装置。 （２）フロントオープンカセットのウエハ操作面と反対
側の面において、前記空中像からの光束を反射させ、こ
の光束を用いて、上記空中像を１次元センサ上に投影す
ることを特徴とする特許請求の範囲（１）に記載のウエ
ハ搬送装置。 （３）オープンカセットのウエハ操作面と反対側の面の
外部に、オープンカセット内のウエハとほぼ垂直な位置
関係に反射ミラーを配置し、このミラーにより、前記空
中像からの光束を反射させ、この光束を用いて、上記空
中像をｌ次元センサ上に投影することを特徴とする特許
請求の範囲（１）に記載のウエハ搬送装置。

【００１１】（４）光源像を、ウエハカセット内のウエ
ハとほぼ平行な光軸で、ウエハ断面位置に空中像として
投影する光学系と、上記空中像を１次元センサ上に投影
する光学系と、上記空中像とウエハカセット内のウエハ
の相対位置を変化させる機構部で構成され、上記空中像
内に生じる空中像の欠落位置より、ウエハカセット内の
特定位置におけるウエハの有無、及び正確な位置を検出
することを特徴とするウエハ搬送装置。 （５）フロントオープンカセットのウエハ操作面と反対
側の面において、上記空中像からの光束を反射させ、こ
の光束を用いて、上記空中像をｌ次元センサ上に投影す
ることを特徴とする特許請求の範囲（４）に記載のウエ
ハ搬送装置。 （６）オープンカセットのウエハアクセス面と反対側の
面の外部に、オープンカセット内のウエハとほぼ垂直な
位置関係に反射ミラーを配置し、このミラーにより、前
記空中像からの光束を反射させ、この光束を用いて、上
記空中像をｌ次元センサ上に投影することを特徴とする
特許請求の範囲（４）に記載のウエハ搬送装置。

【００１２】（７）ウエハ断面位置に空中像として投影
する光学系と、上記空中像をｌ次元センサ上に投影する
光学系とを同一としたことを特徴とする特許請求の範囲
（１）〜（６）のいずれかに記載のウエハ搬送装置。 （８）上記空中像を形成する位置を、ウエハカセットに
対するウエハの出し入れ方向に対して移動可能としたこ
とを特徴とする特許請求の範囲（１）〜（６）のいずれ
かに記載のウエハ搬送装置。 （９）１次元センサの像のコントラストから、最良結像
フォーカス位置を求め、フォーカス合わせをすることを
特徴とする特許請求の範囲（１）〜（６）のいずれかに
記載のウエハ搬送装置。

【００１３】（１０）上記１次元センサの電気信号出力
から、光源強度を制御することを特徴とする特許請求の
範囲（１）〜（６）のいずれかに記載のウエハ搬送装
置。 （１１）上記１次元センサの電気信号出力から、ｌ次元
センサ増幅部の増幅率を制御することを特徴とする特許
請求の範囲（１）〜（６）のいずれかに記載のウエハ搬
送装置。 （１２）特許請求の範囲（１）〜（６）において、上記
１次元センサに換えて２次元センサとしたことを特徴と
するウエハ搬送装置。 （１３）特許請求の範囲（１）〜（６）において、上記
１次元センサに換えて単純な光量センサとしたことを特
徴とするウエハ搬送装置。 （１４）ウエハが存在していない場所で計測したデータ
で、他のデータを正規化し、この正規化データからウエ
ハの位置を判別することを特徴とする特許請求の範囲
（１）〜（１３）のいずれかに記載のウエハ搬送装置。

【００１４】本発明において、上記空中像は、ウエハが
無い場所では、完全な特定パターンを形成するが、ウエ
ハが存在する場所では、ウエハの存在により、空中像の
一部が欠落することになる。

【００１５】この空中像を検出することにより、フロン
トオープンカセット内の特定位置におけるウエハの有
無、及び正確な位置を検出することが可能になる。

【００１６】なお、１次元センサ上に投影される空中像
は、フロントオープンカセット裏面の反射光により形成
されることになるがフロントオープンカセット裏面は一
般に、光軸と完全に垂直ではない。しかし、本発明にお
いては、この為に、１次元センサ上に投影される空中像
の位置が移動したとしても、位置計測誤差を発生しな
い。これは、特定パターン空中像に対する欠落位置を計
測している為である。

【００１７】また、フロントオープンカセット裏面は一
般に、完全な平面ではない。しかし、本発明において
は、十分に小さい入射角度で、空中像を投影している
為、フロントオープンカセット裏面において反射面とし
て使用される領域は十分小さなものとなり、ほぼ平面と
みなせる。この為、位置の計測誤差はほとんど発生しな
い。

【００１８】

【発明の実施の態様】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。図１は本発明の一実施例であり、特にウ
エハ位置検出部を示すものである。１はケーラー照明
系、２は特定パターンを有するスリット板、３は投影レ
ンズ、４はハーフミラー、５は空中像、６はフロントオ
ープンカセット、７は搭載台、８、９、１０はウエハ、
１１は光学フィルター、１２は投影レンズ、１３はｌ次
元センサ、１４はアンプ、１５はＡＤコンバータ、１６
はメモリ、１７はＣＰＵである。又、２１は一体になっ
ているウエハ位置検出部である。

【００１９】図２は、本発明のウエハ位置検出部２１を
実装したウエハ搬送ハンド部であり、２２はフロントオ
ープンカセットに対して、ウエハの出し入れを行う伸縮
ハンド、２３は伸縮ハンド２２、及びウエハ位置検出部
２１を一体で、上下、左右に移動可能なハンド移動台で
ある。ここで、上記、伸縮ハンド２２、及びハンド移動
台２３は図１に示されるＣＰＵ１７により位置制御され
る様になっている。また、８はフロントオープンカセッ
ト６内のウエハを表わしている。

【００２０】図３はスリット板２である。図４は１次元
センサ１３上に投影された空中像であり、（ａ）はウエ
ハによる空中像の欠落が無い場合であり、（ｂ）は、ほ
ぼ中央部にウエハによる空中像の欠落がある場合であ
る。

【００２１】以上の図１〜図４を用いて本発明の詳細説
明を以下に行う。図１のケーラー照明系１は光源として
発光ダイオードを用いており、この光源を光学系（図示
せず）により、スリット板２上を均一に照明している。
スリット板２は、その内部に図３に示す様な、ウエハと
平行な方向に、横長の開口部を複数個設けている。この
複数の横長開口部を投影レンズ３により、フロントオー
プンカセット６内のウエハ前端部に空中像５として投影
している。この空中像５は、フロントオープンカセット
裏面の反射、及びハーフミラー４の反射により、光学フ
ィルタ１１を通過後、投影レンズ１２により、１次元セ
ンサ１３上に結像する。ここで、光学フイルタ１１は光
源の発光ダイオードの発光波長のみを通過する様な特性
を有するものであり、外乱光の影響を軽減する効果があ
る。１次元センサ１３上に結像された空中像は電気信号
に変換され、アンプ１４により増幅され、ＡＤコンバー
タ１５によりデジタル信号に変換され、メモリ１６に記
憶される様になっている。

【００２２】以下に実際の動作順序を示す。図５に示す
様な、フロントオープンカセット６が、その前面に蓋を
された状態で、図６で示す様な半導体製造装置３１前面
の搭載台７上に搭載されると、半導体製造装置３１内部
から、上記蓋をハンド（図示せず）により外して、フロ
ントオープンカセット内部のウエハに対してアクセスが
可能な状態となる。この状態になると、図２の様に、フ
ロントオープンカセット６の前面にハンド搭載台２３が
移動してくる。この後、ハンド搭載台２３は上下方向に
移動を行う。この時に、ウエハ検出部２１は、フロント
オープンカセット６内のウエハの前端部に対して、上記
空中像の投影、及び、その空中像の検出を行う。

【００２３】本実施例においては、上下方向について、
０．５ｍｍピッチで、空中像の検出を実行しており、上
記、上下移動が完了すると、０．５ｍｍピッチで、図４
の（ａ）もしくは図４の（ｂ）で示す様な空中像のデー
タがメモリ１６内に格納される。本実施例では、１次元
センサとして５１２画素のＣＣＤを使用している為、
０．５ｍｍピッチの位置毎に５１２個のデータを格納す
ることになる。

【００２４】ＣＰＵｌ７はメモリ１６内に格納されたデ
ータ群に対して、フロントオープンカセットの上下方向
スロット間隔毎（以後、ウエハピッチという）に、上記
データを複数のデータ群に分割し、各データ群毎に対し
て以下の処理を行う。 （１）データ群から一定値以上の信号が存在する幅を求
め、この幅が空中像の幅とほぼ一致するデータ群のみを
抽出する。ここで、抽出されたデータ群は、欠落の無い
空中像のデータ群か、もしくは中央部に欠落が存在する
空中像のデータ群となる。 （２）上記、抽出されたデータ群内の、各データについ
て、ピークデータの算出を行う。本実施例では、１０個
の横長開口部のパターンを空中像として投影している
為、上記、一定値以上の信号が存在する幅を１０等分
し、各領域における最大信号レベルから、図４の（ａ）
のＰ１〜Ｐ１０相当の１０個のピークデータを求める。

【００２５】（３）上記、１０個のピークデータの総和
が最大値を示すピークデータを、ピークデータ群の中か
ら特定する。このピークデータは、ウエハが存在しない
位置のピークデータとなる。 （４）（２）で算出したピークデータ群を（３）で算出
したピークデータで正規化し、正規化データ群を作成す
る。 これは、空中像の強度不均一、及びフロントオープンカ
セット裏面側の反射率の不均一の影響を避ける為であ
る。 （５）上記、正規化データ群から、中央部のＰ５、Ｐ６
の平均レベルが小さいものを抽出する。

【００２６】このデータを検出した位置が、本ウエハピ
ッチ内におけるウエハの存在位置となる。但し、正規化
データ群内の全てのデータにおいて、上記、中央部のＰ
５、Ｐ６の平均レベルが、ある一定値以下にならない場
合には、本ウエハピッチ内には、ウエハが存在していな
いものと判断する。

【００２７】以上の動作により、フロントオープンカセ
ット内の特定位置におけるウエハの有無、及び正確な位
置を検出することが可能になる為、この後、伸縮ハンド
２３は、フロントオープンカセット６内の任意のウエハ
の出し入れが可能となる。

【００２８】以下に本発明の変形例である他の実施例を
説明する。これらは全て本発明に含まれる。 （１）図７は本発明を単純化した変形例であり、３７は
発光ダイオードである。本発明の実施例との違いは以下
の２点である。 （ａ）特定スリットを用いず、光源像そのものを、空中
像として投影。（クリティカル照明の採用） （ｂ）空中像投影用レンズと観察像投影レンズの併用。 以上の変形により単純化が可能となる。

【００２９】（２）図８は本発明を固定方式のオープン
カセットに適用した場合であり、３２は平面ミラー、３
３はオープンカセットである。本構成においては、オー
プンカセットの背面に平面ミラー３２を配置するのみ
で、本発明の構成で、オープンカセット内のウエハの有
無及び位置検出が可能となる。

【００３０】（３）図９は本発明を上下駆動方式のオー
プンカセットに適用した場合であり、３４は平面ミラ
ー、３５は搭載台を上下に駆動するモータ、３６はモー
タ３５のドライバである。

【００３１】本構成は、伸縮ハンドの上下移動量が小さ
い場合に有効なものであり、本発明の実施例において、
ウエハとウエハ位置検出部との相対移動をウエハカセッ
ト搭載台７の上下機構で実施したものである。 （４）本発明はウエハ検出部をウエハの出し入れ方向に
対して固定的なものとしていたが、これを、移動可能な
ものとしてもよい。これは、ウエハの大きさが変わった
場合、もしくはウエハカセットの形状が変更になった場
合、自動的に空中像をウエハ前端部に位置させる為に有
効である。

【００３２】（５）本発明は空中像を１次元センサに投
影する投影レンズを固定的なものとしていたが、これに
フォーカス機能を追加してもよい。１次元センサの像の
コントラストから、最良結像フォーカス位置を求める様
にしてフォーカス合わせをすることも容易に可能であ
る。

【００３３】（６）本発明は光源に発光ダイオードを使
用しているが、１次元センサの出力から、この赤外発光
ダイオードの駆動電流を制御することも容易に可能であ
る。又、１次元センサの出力から、アンプの増幅率を制
御することも容易に可能である。これらの操作により、
検出精度を向上可能である。

【００３４】（７）本発明は光源の発光ダイオードを連
続点灯状態で使用しているが、これを、計測時のみ点灯
するようにしてもよい。又、１回の計測毎に点灯状態計
測、消灯状態計測を実行し、点灯状態の計測データか
ら、消灯状態の計測データを減算することにより外乱光
の影響、及び計測系のオフセットを最小にすることが可
能である。

【００３５】（８）本発明は空中像を検出する為に、１
次元センサを用いたが、これを２次元センサにすること
も可能である。２次元センサを使用すれば、ウエハの傾
き成分も検出可能となる。

【００３６】（９）本発明は空中像を検出する為に、１
次元センサを用いたが、これを単純な光量センサとする
ことも可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明した様に、本発明を用いること
により以下のような効果がある。 （１）光源として平行光を必要としない為、半導体レー
ザの様な安全上注意を有する部品を使う必要がない。そ
の為、原理的に安全である。 （２）ウエハ前端部による空中像の欠落位置を検出して
いる為、フロントオープンカセットの形状等にあまり影
響を受けない。その為、検出信頼性、検出精度等が良
い。 （３）フロントオープンカセットに特別な細工をする必
要がない為、フロントオープンカセットそのもののコス
トアップにならない。また、洗浄性等を損なうことがな
い。 （４）フロントオープンカセット以外のウエハカセット
の場合でも容易に対応可能である。その為、ウエハ搬送
装置として、ウエハ有無検出、位置検出機構の共通化が
容易に実施できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例であり、特にウエハ位置検出
部を示す説明図。

【図２】 本発明のウエハ位置検出部を実装したウエハ
搬送ハンド部の説明図。

【図３】 スリット板の説明図。

【図４】 ２次元センサ１３上に投影された空中像の説
明図であり、（ａ）はウエハによる空中像の欠落がない
場合であり、（ｂ）はほぼ中央部にウエハによる空中像
の欠落がある場合。

【図５】 フロントオープンカセットの説明図。

【図６】 フロントオープンカセトを使用した半導体製
造装置の説明図。

【図７】 本発明を単純化した別な実施例の説明図。

【図８】 本発明を固定方式のオープンカセットに適用
した別な実施例の説明図。

【図９】 本発明を上下駆動方式のオープンカセットに
適用した別な実施例の説明図。

【図１０】 従来のオープンカセットの場合のウエハの
有無、及び位置検出方法の説明図。

【符号の説明】

１：ケーラー照明系、２：スリット板、３：投影レン
ズ、４：ハーフミラー、５：空中像、６：フロントオー
プンカセット、７：搭載台、８、９、１０：ウエハ、１
１：光学フィルター、１２：投影レンズ、１３：１次元
センサ、１４：アンプ、１５：ＡＤコンバータ、１６：
メモリ、１７：ＣＰＵ、２１：ウエハ位置検出部、２
２：伸縮ハンド、２３：ハンド移動台、３１：半導体製
造装置、３７：発光ダイオード、３２：平面ミラー、３
３：オープンカセット、３４：平面ミラー、３５：モー
タ、３６：ドライバ、４０：オープンカセット、４１：
ウエハ、４２：半導体レーザ、４３：コリメータレン
ズ、４４：平行光レーザビーム、４５：ホトセンサ、４
６：搭載台。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 特定パターンを照明する照明系と、特定
   パターンを、ウエハカセット内のウエハとほぼ平行な光
   軸で、ウエハ断面位置に空中像として投影する光学系
   と、上記空中像を１次元センサ上に投影する光学系と、
   上記空中像とウエハカセット内のウエハの相対位置を変
   化させる機構部で構成され、上記空中像内に生じる空中
   像の欠落位置より、ウエハカセット内の特定位置におけ
   るウエハの有無、及び正確な位置を検出することを特徴
   とするウエハ搬送装置。
2. 【請求項２】 フロントオープンカセットのウエハ操作
   面と反対側の面において、前記空中像からの光束を反射
   させ、この光束を用いて、上記空中像を１次元センサ上
   に投影することを特徴とする請求項１に記載のウエハ搬
   送装置。
3. 【請求項３】 オープンカセットのウエハ操作面と反対
   側の面の外部に、オープンカセット内のウエハとほぼ垂
   直な位置関係に反射ミラーを配置し、このミラーによ
   り、前記空中像からの光束を反射させ、この光束を用い
   て、上記空中像をｌ次元センサ上に投影することを特徴
   とする請求項１に記載のウエハ搬送装置。
4. 【請求項４】 光源像を、ウエハカセット内のウエハと
   ほぼ平行な光軸で、ウエハ断面位置に空中像として投影
   する光学系と、上記空中像を１次元センサ上に投影する
   光学系と、上記空中像とウエハカセット内のウエハの相
   対位置を変化させる機構部で構成され、上記空中像内に
   生じる空中像の欠落位置より、ウエハカセット内の特定
   位置におけるウエハの有無、及び正確な位置を検出する
   ことを特徴とするウエハ搬送装置。
5. 【請求項５】 フロントオープンカセットのウエハ操作
   面と反対側の面において、上記空中像からの光束を反射
   させ、この光束を用いて、上記空中像をｌ次元センサ上
   に投影することを特徴とする請求項４に記載のウエハ搬
   送装置。
6. 【請求項６】 オープンカセットのウエハアクセス面と
   反対側の面の外部に、オープンカセット内のウエハとほ
   ぼ垂直な位置関係に反射ミラーを配置し、このミラーに
   より、前記空中像からの光束を反射させ、この光束を用
   いて、上記空中像をｌ次元センサ上に投影することを特
   徴とする請求項４に記載のウエハ搬送装置。
7. 【請求項７】 ウエハ断面位置に空中像として投影する
   光学系と、上記空中像をｌ次元センサ上に投影する光学
   系とを同一としたことを特徴とする請求項１〜６のいず
   れかに記載のウエハ搬送装置。
8. 【請求項８】 上記空中像を形成する位置を、ウエハカ
   セットに対するウエハの出し入れ方向に対して移動可能
   としたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載
   のウエハ搬送装置。
9. 【請求項９】 １次元センサの像のコントラストから、
   最良結像フォーカス位置を求め、フォーカス合わせをす
   ることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のウ
   エハ搬送装置。
10. 【請求項１０】 上記１次元センサの電気信号出力か
    ら、光源強度を制御することを特徴とする請求項１〜６
    のいずれかに記載のウエハ搬送装置。
11. 【請求項１１】 上記１次元センサの電気信号出力か
    ら、ｌ次元センサ増幅部の増幅率を制御することを特徴
    とする請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ搬送装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜６において、上記１次元セ
    ンサに換えて２次元センサとしたことを特徴とするウエ
    ハ搬送装置。
13. 【請求項１３】 請求項１〜６において、上記１次元セ
    ンサに換えて単純な光量センサとしたことを特徴とする
    ウエハ搬送装置。
14. 【請求項１４】 ウエハが存在していない場所で計測し
    たデータで、他のデータを正規化し、この正規化データ
    からウエハの位置を判別することを特徴とする請求項１
    〜１３のいずれかに記載のウエハ搬送装置。