(57)【要約】【課題】可及的にワークの移動が自由であり、後工程の作業の妨げともなりにくい簡易な構成のワーク位置の検出装置を提供する。【解決手段】検出光(40)を投光する投光部(10)と、検出光を受光する受光部(20)と、投光部と受光部を所定の位置関係に保つ支持手段(30)と、を備え、受光部が一次元又は二次元に配置された複数の受光素子を含み、上記支持手段が、投光部と受光部との間に設けられる検出基準面に対して検出光(40)が斜めになるように投光部と受光部の位置を保持する。【選択図】図２
2013088145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出対象物の位置を検出する検出装置であって、
検出光を投光する投光部と、
前記検出光を受光する受光部と、
前記投光部と前記受光部を所定の位置関係に保つ支持手段と、を備え、
前記受光部が一次元又は二次元に配置された複数の受光素子を含み、
前記所定の位置関係が、前記投光部と前記受光部との間に設けられる検出基準面に対して前記検出光が斜めになるように前記投光部と前記受光部の位置を保持するものである、ことを特徴とする検出装置。
【請求項２】
前記支持手段は、前記検出基準面において検出対象物に対して前記投光部又は前記受光部がオーバーラップしないように前記位置関係を保つ、ことを特徴とする請求項１に記載の検出装置。
【請求項３】
更に、前記受光部の出力値を前記検出光の前記検出基準面に対する傾斜角に対応して補正する補正手段を前記受光部に又は外部装置に備える、ことを特徴する請求項１又は２に記載の検出装置。
【請求項４】
前記受光部は、前記検出対象物の有無、位置、部分/全体形状のうち少なくともいずれかを検出する、ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の検出装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の検出装置を備えてウエハの位置を揃えることを特徴とするウエハ搬送装置。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の検出装置を備えてワークの位置を揃えることを特徴とするレーザ加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械加工やプロセス処理などの対象となるウエハやガラス基板などの部材（以下、「ワーク」という。）の位置を検出する検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ワークは複数の工程を経て部品や製品となる。このため、ワークは予め予定された工程間を順次に移動する。自動化された各工程においては、ワークは当該工程の開始位置に所定の向きでセットされる。例えば、半導体集積回路（ＩＣ）の製造工程においては、ワークであるウエハ上に材料の成膜やパターニングなどの複数のプロセスを繰り返してトランジスタ回路を形成する。
【０００３】
ワークはベルトコンベアなどの搬送路やロボットアームなどによってプロセスの開始位置に搬送される。当該位置ではワークが予め定められた状態（位置、向きなど）でセットされたかどうかを位置センサなどによって検出する。
このような位置検出器が、例えば、引用文献１の図１に記載されている。同図の例では、回転テーブル上にロボットアームなどによって薄板状のワークを載置し、回転テーブルを移動してウエハのノッチ（切欠部）の位置（向き）合せをする。この際、互いに対抗するように配置された投光器と受光器による位置検出装置によってワークの端部位置を検出し、回転テーブル上のワークの位置決めを行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１９６８５５号
【特許文献２】特開２００３−３１５０１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記位置検出装置を用いることによって、ロボットアームなどを制御し、ワークを所定の位置に搬送することができる。
【０００６】
しかしながら、ワーク端部の面を一部覆うようにあるいはワークの面に対向するように配置された位置検出装置はワークの自由な移動を妨げる。すなわち、投光器と受光器との間ではワークを一方向（水平方向）に移動させなければならないので、例えば、垂直方向にワークを搬送しようとすると、投光器及び受光器の間からワークを抜く操作が必要となる。これは作業時間（タクトタイム）の短縮の点から好ましくない。
また、投光器や受光器がワークの一部を覆うように配置されると、ワークの位置決め後の工程（例えば、露光、塗布、レーザ加工など）の妨げとなる場合がある。
【０００７】
そこで、引用文献２に記載のように、ロボットアームの把持部側にワークの近接を検出する近接検出装置を設け、把持部のワーク位置とロボットアームの位置との三次元位置のベクトル合成によって絶対座標系のワーク位置を検出するようにすることも考えられる。
【０００８】
しかし、この手法の場合には、ロボットアーム自体の位置を正確に検出しなければならないこと、ロボットアームの位置ベクトル計算は多関節型ロボットでは演算量が膨大であり、制御応答時間の遅れや高性能（高価な）のコンピュータシステムを必要とするなど好ましくない。
【０００９】
よって、本発明は、可及的にワークの移動が自由であり、後工程の作業の妨げともなりにくい簡易な構成の位置検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を達成する本発明の態様の一つは、検出対象物の位置を検出する検出装置であって、検出光を投光する投光部と、上記検出光を受光する受光部と、上記投光部と上記受光部を所定の位置関係に保つ支持手段と、を備え、上記受光部が一次元又は二次元に配置された複数の受光素子を含み、上記所定の位置関係が、上記投光部と上記受光部との間に設けられる検出基準面に対して上記検出光が斜めになるように上記投光部と上記受光部の位置を保持することを特徴とする。
【００１１】
かかる構成することによって、投光部又は受光部の間に空間を設けることができ、検出対象物の移動可能な範囲が増える。また、所定幅の投光を検出対象物が斜めに横断するようにしているので計測可能幅を拡大することができる。また、平面視で検出対象物と投光部又は受光部の一部とが重なること（オーバーラップ）あるいは検出対象物の上方に投光部又は受光部の一部が突き出ること（オーバーハング）を回避できるので検出対象物を搬送する際に検出装置をかわす動作が不要となる。
【００１２】
好ましくは、上記支持手段は、上記検出基準面において検出対象物に対して上記投光部又は上記受光部がオーバーラップしないように上記位置関係を保つ、ことを特徴とする。それにより、検出対象物と投光部又は受光部とが空間的に重なることを回避できるので検出対象物を搬送する際に検出装置をかわす動作が不要となる。
【００１３】
好ましくは、更に、上記受光部の出力値を上記検出光の上記検出基準面に対する傾斜角に対応して補正する補正手段を上記受光部に又は外部装置に備える、ことを特徴する。それにより、検出対象物の正確な位置や移動量を検出することができる。
【００１４】
好ましくは、上記受光部は、上記検出対象物の有無、位置、部分/全体形状のうち少なくともいずれかを検出することを特徴とする。
また、本発明のウエハ搬送装置は、上述した検出装置を備えてウエハの位置を揃えることを特徴とする。
また、本発明のレーザ加工装置は、上述した検出装置を備えてワークの位置を揃えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の検出装置によれば、検出装置の上部又は（向きにより）下部の空間を開放しているので設置可能な場所が増える。また、ワークを下降あるいは上昇する際に検出装置をかわす動作が不要となる。また、所定幅の投光をワークが斜めに横断するようにしているので計測可能幅を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施例を説明する説明図である。
【図２】本発明の第１実施例を説明する説明図である。
【図３】本発明の第１実施例を説明する説明図である。
【図４】投光部と受光部の構成例を説明する説明図である。
【図５】第２実施例を説明する説明図である。
【図６】第３実施例を説明する説明図である。
【図７】第４実施例を説明する説明図である。
【図８】第２比較例を等説明する説明図である。
【図９】第５実施例を説明する説明図である。
【図１０】第２比較例を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施例について説明する。各図において対応する部分には同一符号を付し、かかる部分の説明は省略する。
（実施例１）
図１は本発明の概略を説明する図である。同図において、位置検出装置１は、投光部１０、受光部２０、支持部３０などによって構成されている。投光部１０はレーザ光などの平行な光線の光線束からなる投光４０を発生する。この投光４０は受光部２０に入射してリニアセンサなどの受光素子（後述）に受光され、電気信号に変換される。受光部２０は検出対象物（ワーク５０）によって投光４０の受光が部分的にあるいは全体的に妨げられることにより、検出対象物の有無、位置や、検出対象物の部分形状あるいは全体形状などを検出可能とする。なお、投光部１０と受光部２０の配置の位置関係は逆であって良い。
【００１８】
支持部３０は、例えば、金属やプラスチックなどを加工・成形してなるＬ字状の部材であり、発光部１０と受光部２０を所定の状態に保持する支持手段として機能する。支持部３０は複数の部材（材質の異なるものであってもよい。）によって構成されても良い。発光部１０と受光部２０はＬ字状部材の一方の枝部と他方の枝部に互いに対抗するようにそれぞれ配置される。発光部１０と受光部２０の配置は、例えば、投光４０がＬ字状部材の内側面に対して略４５度の傾斜となるように設定される。もっとも当該角度は設計事項であり、これに限定されるものではない。支持部３０の枝部同士の交差（結合）部領域には取付用穴３１及び３２が必要により設けられている（必須ではない）。位置検出装置１は取付穴３１及び３２を利用して図示しない機械装置のフレームにネジ止めすることができる。発光部１０と受光部２０を機械装置のフレームに直接取り付けても良い。なお、固定方法は、いわゆるネジ止め、嵌め合わせ、接着、溶接など公知の取付手段を適宜適用できる。
【００１９】
このように配置された、位置検出装置１に対してワーク５０が図示しない搬送機構による搬送ルート６０に沿って搬送される。搬送機構は特定のものに限定されるものではないが、例えば、ロボットアーム（後述）やベルコンベア、移動テーブルなどであっても良い。ワーク５０は、例えば、半導体装置の基板として使用されるウエハや液晶表示器の基板として使用されるガラス基板等の板状基板（部材）が該当するが、これに限定されるものではない。
【００２０】
図２は、ワーク５０の端部領域が投光４０光束内に搬送された状態を示している。同図において、図１と対応する部分には同一符号を付している。
ワーク５０が移動して投光４０の一部を遮断すると、受光部２０は光量の差によってワーク５０の端部位置に対応したレベル変化を持つ電気信号を検出する。投光４０は板状のワーク５０の上面に対して４５度の角度で斜めに入射している。すなわち、投光部１０及び受光部２０の組がワーク５０の面に対して垂直に投光４０を照射するのでなく、ワーク５０の面に対して投光４０を斜めに照射している。このため、水平（横）方向の搬送ルート６０におけるワークの端部の実際の位置（あるいは移動量）と受光部における計測位置（あるいは計測移動量）との位置との間にはずれが生じる。
なお、ワーク５０は図示しない搬送機構により垂直（縦）方向の搬送ルート６２によっても移動することができる。
【００２１】
図３は、このずれを説明する図である。受光部２０のリニアセンサ（ＣＣＤ）は入射する投光４０の光量に応じた電気的出力をなす。同図に示すように、搬送ルート６０の延長線上の投投光４０の光束の領域に検出基準面（横）が想定される。ワーク５０がこの検出基準面に沿って搬送される。検出基準面（あるいはワーク５０の面）に対して投光４０が角度θだけ傾斜しているので、別言すれば、位置検出装置１の検出光４０の光線軸がワーク５０の搬送ルート６０（の検出基準面）に対して角度θだけ斜めに設定されているので、ワーク５０の実際の移動距離は、（水平・横）移動距離＝計測値/Ｓinθとなる。
【００２２】
同様に、縦方向の搬送ルート６２（図２参照）の延長線上の投光４０の光束の領域に検出基準面（縦）が想定される。搬送ルート６２に沿ったワーク５０の垂直（縦）方向の実際の移動距離は、（垂直・縦）移動距離＝計測値/Ｃｏｓθとなる。
このように計測値の補正演算を行うことでワーク５０の面あるいは搬送ルート上の検出基準面（仮想面）に対して位置検出装置１を斜めに配置しても実際のワーク５０の端部位置あるいはワーク５０の移動量を検出することができる。
【００２３】
上記実施例の構成によれば、位置検出装置１の検出線（投光光軸４０）をワーク５０の面に対して傾斜して配置し、ワーク５０と投光部１０又は受光部２０とがオーバーラップしないようにすることでワーク５０を水平方向のみならず垂直方向にも搬送（移動）することができる利点がある。また、所定幅の投光４０をワーク５０が斜めに横断するので投光４０による計測可能範囲幅を所定幅よりも相対的に拡大することができる。
【００２４】
図４は、投光部１０と受光部２０の構成例を示している。投光部１０と受光部２０は公知の構成を採用することができ、特定の装置に限定されるものではない。例えば、既述引用文献１の図１に示されるような位置検出装置を使用することが出来る。
【００２５】
同図において、投光部１０は、レーザ光を発生するレーザ光源１２と、レーザ光を平行光線にして投光４０とするレンズ１４を含んで構成される。受光部２０は、投光光４０を受光するＣＣＤ（電荷結合デバイス）リニアセンサ２２、メモリ２２及び演算部２６を含んで構成される。リニアセンサ２２は等間隔で多数の単位受光素子（画素）を一列に配置しており、各受光素子の位置とリニアセンサ上における距離が対応している。リニアセンサ２２は受光量を電気信号に変換し、各画素の受光レベルをデータ信号としてメモリ２４に供給する。メモリ２４は各画素の受光レベルを順次に記憶する。受光レベルのデータは演算部によって処理される。
【００２６】
投光４０をワーク５０が遮ると、ワーク５０の端部位置に対応して受光レベルが変化する。このレベル変化を演算部２６によって判別することにより、ワーク５０の位置あるいはワーク５０の移動量（計測値）を検出することができる。実施例では、位置検出装置は、既述図１に示したように、ワーク５０の搬送ルート６０に対して斜めに投光４０を照射している。そこで、演算部２６は、「計測値／Ｓｉｎθ」なる補正演算を行ってワーク５０の実際の移動量（あるいはワーク５０の端部位置）を検出する。なお、ワーク５０が縦方向に移動する場合には「計測値／Ｃｏｓθ」なる補正演算を行う。演算部２６は、更にこの移動量のデータを予め定められている信号フォーマットに変換し、出力信号として図示しないプロセスコントローラなど出力される。
【００２７】
演算部２６は、いわゆるマイクロコンピュータシステムによって構成され、不揮発性メモリに制御・演算プログラム、傾斜角度θ、Ｓｉｎθの値などが予め記憶されている。後述のように、演算部２６、あるいはメモリ２４と演算部２６を受光部２０の外部に設けても良い。また、外部のパソコンなどによって演算を行っても良い。
【００２８】
（実施例２）
図５は、図１に示した位置検出装置１の他の構成例を斜視図で示している。この例では、Ｌ字状の支持部３０の２つの枝部の各終端部にそれぞれ投光部１０及び受光部２０が配置されている。各終端部は傾斜面となっており、当該傾斜面はｘ軸方向に延在している。一方の枝部の傾斜面（上方）にはｘ軸方向に長手の投光部１０がネジ止めされている。他方の枝部の傾斜面（左側方）にはｘ軸方向に長手の受光部２０がネジ止めされている。投光部１０の発光窓と受光部２０の受光窓は対向するように配置され、投光部１０からの投光４０は搬送ルートが設定される空間を斜めに横切って受光部２０に入射する。このような構成により、ワーク５０のｘ軸方向の移動を検出することができる。
【００２９】
（実施例３）
図６は、位置検出装置１とコントローラ（あるいはコンピュータ）２とを組み合わせて使用する例を示している。上述したように、コントローラ２側で補正演算を行っても良い。また、計測値のデータのままで制御システム（ネットワーク）上を伝送させ、適宜な部位で補正演算を行うようにしても良い。
【００３０】
（実施例４）
図７は、本発明の位置検出装置を用いる機械装置３の例を概略的に示している。例えば、レーザ加工装置３によってガラス基板やウエハなどのワーク５０にレーザマーキングを施す。ワーク５０は金属板や樹脂基板であっても良い。図示しない公知の移動テーブルや搬送ベルトなどによってワーク５０が水平に搬送される。ワーク５０の端部が斜め投光４０の一部を遮断（遮光）すると、位置検出装置１によってワーク５０の端部位置が判別される。図示しないワークの搬送系あるいは機械装置の座標系に対して位置検出装置１の基準位置を決めれば、当該基準位置とリニアセンサの位置関係が予め判っているので、ワークの搬送系におけるワーク５０の端部位置あるいは機械装置の座標系におけるワーク５０の端部位置が検出できる。この検出結果に基づいてワーク５０の位置決めや、切り欠きマークなどの検出がなされる。
【００３１】
上記構成においては、位置検出装置１（の投光部）がワーク５０の端部領域の上方にオーバラップしていない。このため、位置検出装置１がレーザ照射の妨げとならない。また、ワーク５０をそのまま上方に移動（あるいは搬送）することができる。また、上方からワーク５０を下降させて所定位置に配置することが可能である。
【００３２】
（比較例１）
図８は比較例を示す。同図において図７と対応する部分には同一符号を付している。この例では、位置検出装置１の投光４０がワーク５０の上面に対して垂直に入射している。このため、リニアセンサによる計測値がワーク５０の実際の移動量となるので上述した補正演算は必要ないが、ワーク５０の端部に位置検出装置１がオーバーラップしているのでワーク５０を直接上方に移動することはできない。
【００３３】
比較例の構成においてワーク５０を上方に移動する場合には、いったんワーク５０を水平方向に移動して位置検出装置１の隙間からワーク５０を抜く操作が必要となる。この点、本発明の実施例では作業工程が少なくて済むことが判る。また、位置検出装置１がワーク５０上にオーバーラップしているのでワーク５０上へのパターン露光が出来ない部分が生じる。
【００３４】
（実施例５）
図９は、ウエハ検査機などの搬送部に本発明の位置検出装置を使用した例を示している。ワークであるウエハ５０をロボットアーム４によって前工程から搬送し、回転テーブル装置５のテーブル上に載置する。回転テーブルでウエハ５０を回転しながらウエハ５０の端部に設けられたノッチ（切り欠き）を位置検出装置１で検出し、各ウエハ５０の向きを揃えて次工程に搬送する。それにより、各ウエハ５０の結晶方位が一定方向に揃えられる。
この実施例においても、位置検出装置１はワーク５０が回転テーブル装置５のテーブル５ａ上に載置された状態でワーク５０の上方にはみ出していない（オーバーハングしていない）。このため、ワーク５０を上下方向に移動（あるいは搬送）することができる。また、位置検出装置１がワーク５０上にオーバーラップしていないのでカメラなどによってワーク正面全体を観察することができる。
【００３５】
（比較例２）
図１０は他の比較例を示している。同図において図９と対応する部分には同一符号を付している。この例では、位置検出装置１の投光４０は回転テーブル装置５に載置されるワーク５０の上面に対して垂直に入射している。このため、リニアセンサによる計測値がワーク５０の実際の移動量となるので上述した補正演算は必要ないが、ワーク５０の端部において位置検出装置１の一部がワーク５０の上方に存在する（オーバーラップあるいはオーバーハング）しているのでワーク５０を直接上方に移動することはできない。
【００３６】
比較例の構成においてロボットアーム４でワーク５０を上方に移動する場合には、いったんワーク５０を水平方向に移動して位置検出装置１の隙間からワーク５０を抜く操作が必要となる。この点、本発明の実施例では直接ワーク（ウエハ）５０を上方に移動することができ、作業工程が少なくて済むことが判る。
【００３７】
以上説明したように本発明の実施例によれば、位置検出装置がワーク５０にオーバーラップしないでワーク５０の端部位置やワーク５０の移動量を検出することができる。このため、置検出装置がレーザ加工、パターン露光、材料の塗布、カメラ観察などの妨げとならない。また、位置検出装置がワーク５０上にオーバーラップしないでのでワーク移動（搬送の）方向の自由度が増し、作業量を軽減する（タクトタイムの減少）ことが可能となる。
【００３８】
上記発明の実施例は、用途に応じて変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。例えば、支持部は単一の部材で投光部と受光部の両方を支持する必要ない。複数の部材や複数種類の部材で構成しても良い。また、機械の筐体を利用しても良い。また、投光部と受光部の位置は逆であっても良い。実施例では、受光素子が一元（一列）に配置されたリニアセンサを使用したが、二次元に配置されたイメージセンサを用いても良い。
【００３９】
本発明の位置検出装置によれば、検出装置の上部又は（向きにより）下部の空間を開放しているので設置可能な場所が増える。また、ワークを下降あるいは上昇する際に位置検出装置をかわす動作が不要となる。また、所定幅の投光をワークが斜めに横断するようにしているので計測可能幅を拡大することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明の位置検出装置によれば、検出装置の上部又は（向きにより）下部の空間を開放しているので設置可能な場所が増える。また、ワークを下降あるいは上昇する際に位置検出装置をかわす動作が不要となる。また、所定幅の投光をワークが斜めに横断するようにしているので計測可能幅を拡大することができる。
【符号の説明】
【００４１】
１  一検出装置、」２  コントローラ（コンピュータ）、３  レーザ加工機（機械装置）、４  ロボットアーム、５  回転テーブル装置、１０  投光部、２０  受光部、３０  支持部、４０投光、５０  ワーク、６０，６２  搬送ルート
【図６】
2013088145.tif 000003
【図７】
2013088145.tif 000004
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１】
2013088145.tif 000008
【図２】
2013088145.tif 000009
【図３】
2013088145.tif 000010
【図４】
2013088145.tif 000011
【図５】
2013088145.tif 000012