JP2001336918A

JP2001336918A - 形状測定機

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Publication number: JP2001336918A
Application number: JP2000155493A
Authority: JP
Inventors: Fusao Shimizu; 房生清水
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2001-12-07
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: TW526325B; KR20010107701A; US6762399B2; KR100910948B1; KR100837125B1; KR20080025389A; JP4649704B2; US20020017599A1

Abstract

(57)【要約】【課題】キャリアに収容された半導体ウエハの姿勢を精
度良く測定することのできる形状測定機を提供する。【解決手段】測定対象１８を搭載するためのステージ１
２，２０と、測定対象１８を撮像するための撮像部２４
と、測定対象１８の測定すべき部位まで撮像部２４を相
対的に移動させる移動部とを有する。移動部は、ステー
ジ１２，２０を移動させることなく、撮像部２４を移動
させることにより、前記部位まで撮像部２４を移動させ
る。このような構成にすることにより、移動による振動
や衝撃がキャリア１８に加わらないため、キャリア１８
内に半導体ウエハを収容したままでも、キャリア１８の
姿勢がずれたり半導体ウエハがずれたりすることなく高
精度に測定を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、精密な形状が必要
とされる物品の形状測定機に関し、特に、半導体デバイ
スの製造ラインにおいて半導体ウエハを複数枚まとめて
搬送するために用いられるキャリアを測定対象とする形
状測定機に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造ラインでは、成膜
や加工等を行う装置から装置へ半導体ウエハを搬送する
ために、半導体ウエハをキャリアと呼ばれる容器に複数
枚収容して搬送する方法が用いられている。このような
キャリアは、一般に、容器の内壁の両脇に一定の間隔で
幾筋もの溝を設けた形状であり、この溝で半導体ウエハ
の両脇を支持することにより、複数の半導体ウエハを一
定の間隔をあけて水平に重ねた状態で保持する構成とな
っている。

【０００３】搬送されたキャリアから半導体ウエハを取
り出して、成膜や加工等を行う装置内へ搬入する際に
は、ロボットアームと呼ばれる装置が、薄板状のアーム
の先端を、キャリア内の半導体ウエハと半導体ウエハと
の間に挿入する。その後、ロボットアームの先端は、１
枚の半導体ウエハを下面側から持ち上げながら溝に沿っ
て手前に引き出すという動作を行い、半導体ウエハをキ
ャリアから取り出す。

【０００４】このとき、キャリア内に保持されている半
導体ウエハと半導体ウエハの間隔が、設計値の許容値か
らずれていると、ロボットアームの先端が隣接する半導
体ウエハの上面に接触する恐れがある。半導体ウエハの
上面にはそれまでの工程で成膜や加工が施されているた
め、傷や汚染を避けるために、ロボットアームの先端が
上端が接触することは望ましくない。また、半導体ウエ
ハがキャリアに支持されている高さが設計値からずれて
いると、ロボットアームが半導体ウエハの上面に接触す
る可能性の他、半導体ウエハの前側端面に衝突して半導
体ウエハを破損する恐れもある。また、半導体ウエハが
傾いていると、ロボットアームの先端が半導体ウエハを
持ち上げれられないことがある。このため、半導体ウエ
ハがキャリアに支持されている高さ、半導体ウエハの間
隔、半導体ウエハの傾きは、すべて設計値の許容値の範
囲内に収まっていることが非常に重要である。

【０００５】このため、キャリア製造メーカーのキャリ
ア出荷時や半導体デバイスメーカのキャリアの受入時に
は、キャリアが設計値通りの形状であるかどうかを形状
測定することが行われている。また、キャリアは、半導
体デバイスの製造ラインの洗浄工程等で高温で処理され
るため、キャリアに変形が生じることもある。そのた
め、デバイス製造メーカーでは、製造ラインの途中でキ
ャリアの形状が設計値通りの形状であるかどうか測定す
ることが行われている。

【０００６】従来のキャリア形状測定機としては、背面
と前面に開口のあるオープンキャリアと呼ばれるキャリ
アを測定する装置が知られている。このオープンキャリ
アを背面側から照明して、前面側からＣＣＤカメラ等で
キャリアの外形や溝の形状の画像を撮像し、これを画像
処理することにより形状を測定する構成であった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、キャリ
アの溝は、キャリアの両脇に形成されているため、この
溝形状を測定しても、その値からその溝に支持されるウ
エハの中央部の間隔や高さや傾きを正確に求めることは
難しかった。特に、従来のキャリア形状測定機では、キ
ャリアの前面から撮像した画像を用いるため、溝の奥行
き方向で溝がどのような形状になっているかは、ＣＣＤ
カメラの焦点深度以上の情報は得られない。そのため、
この溝に支持されるウエハの間隔や高さや傾きを、ミリ
オーダで求めることはできても、精度をそれ以上に向上
させることは非常に困難であった。

【０００８】特に、近年では、直径３００ｍｍ以上とい
う大きな半導体ウエハが用いられることが増えている。
キャリア内では、この大きな半導体ウエハの両脇を深さ
数ミリの溝で支持するため、溝形状からウエハの中央部
の間隔や傾き等の支持状態を知ることはますます困難と
なっている。しかも、直径の大きな半導体ウエハの場
合、ウエハにわずかでも傾きがあると、隣接するウエハ
との間隔に非常に狭い部分ができるため、ミリオーダの
測定精度では不足であり、測定精度の向上が望まれてい
る。

【０００９】また、従来のキャリア形状測定機は、オー
プンキャリア測定用であるため、ＳＥＭＩ規格でＦＯＵ
Ｐ（Front Opening Unified Pod)と呼ばれる、直径３０
０ｍｍのウエハ用のキャリアのように、背面が塞がれ前
面に蓋がある密閉式キャリアを測定することはできなか
った。

【００１０】本発明は、キャリアに収容された半導体ウ
エハの姿勢を精度良く測定することのできる形状測定機
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような形状測定機が提供さ
れる。

【００１２】すなわち、測定対象を搭載するためのステ
ージと、前記測定対象を撮像するための撮像部と、前記
測定対象の測定すべき部位まで前記撮像部と前記測定対
象とを相対的に移動させる移動部とを有し、前記移動部
は、前記ステージを移動させることなく、前記撮像部を
移動させることにより前記移動を実現することを特徴と
する形状測定機である。

【００１３】また、上記目的を達成するために、本発明
の別の態様によれば、以下のような形状測定機が提供さ
れる。

【００１４】すなわち、測定対象を搭載するためのステ
ージと、前記測定対象の形状を測定する測定部と、前記
測定対象の測定すべき部位まで前記測定部と前記測定対
象とを相対的に移動させる移動部とを有し、前記測定部
と前記移動部の少なくとも一部を収容する筐体を有し、
該筐体は、前記測定対象と対向する部位に、前記測定部
の前記移動を妨げない大きさの開口を備え、前記測定部
の先端は前記開口から前記測定対象側に露出され、前記
開口には、前記筐体内の塵が前記測定対象側に漏れるの
を防ぐために、前記測定部の前記移動を妨げることなく
前記測定部以外の部分を覆う防塵部材が配置されている
ことを特徴とする形状測定機である。

【００１５】なお、前記防塵部材を撓ませ、該防塵部材
と開口との隙間から前記筐体内に流れ込む空気流を形成
するために、前記筐体内部の気圧を減圧する減圧手段を
有することができる。

【００１６】上記目的を達成するために、本発明のさら
に別の態様によれば、以下のような形状測定機が提供さ
れる。

【００１７】すなわち、測定対象を搭載するためのステ
ージと、前記測定対象の形状を測定する測定部と、前記
測定対象の測定すべき部位まで前記測定部を相対的に移
動させる移動部とを有し、前記測定部は、レーザ光を前
記測定対象に向かって斜め方向から照射する照射部と、
前記レーザ光の反射光を受光する受光部と、前記測定対
象の前記レーザ光照射部位を変えることなく前記レーザ
光が入射する向きを変えるために、前記照射部と前記受
光部との位置関係を保ったまま、前記照射部と前記受光
部とを回転させる回転駆動部とを含むことを特徴とする
形状測定機である。

【００１８】前記測定部は、前記測定対象を撮像するた
めの撮像部を有し、前記受光部からの出力により前記測
定対象からの前記撮像部の光軸方向の距離を検出する構
成にすることが可能である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態のキャリア
形状測定機について図面を用いて説明する。

【００２０】本実施の形態のキャリア形状測定機は、図
３のように、測定機本体１１０、画像処理部１１１、コ
ントローラ１１２、ホストコンピュータ１１３、入出力
部１１４を備えている。まず、測定機本体１１０につい
て説明する。図１、図２、図３、図４に示すように、測
定機本体１１０は、測定対象であるキャリア１８を搭載
するステージ１２と、測定ヘッド１０とを有している。
本実施の形態では、ステージ１２は台座２１に対して固
定されており、測定ヘッド１０がＸＹＺ軸移動部１５，
１６，１７によりキャリア１８に対して３次元に移動し
てキャリア１８の形状を測定する構成である。そのた
め、台座２１上には測定ヘッド１０を収容する筐体１１
が搭載され、台座２１と筐体１１の間には筐体１１をＸ
軸方向に移動するためのＸ軸移動部１５が配置されてい
る。

【００２１】Ｘ軸移動部１５は、台座２１の上面に形成
されたＸ軸方向に長手方向を有するレール１５ａと、筐
体１１の底面に固定されレール１５ａに沿って摺動可能
な摺動部１５ｂと、モータ１５ｃと、モータ１５ｃの回
転軸に連結された送りネジ１５ｄと、筐体１１の底面に
固定され送りネジ１５ｄと嵌合するナット１５ｅとを含
む。モータ１５ｃの回転軸が回転することにより、送り
ネジ１５ｄも回転し、ナット１５ｅがＸ軸方向に移動す
ることにより、摺動部１５ｂもレール１５ａに沿ってＸ
軸方向に移動し、ナット、摺動部１５ｂが固定されてい
る筐体１１がＸ軸方向に移動する。

【００２２】Ｙ軸移動部１６は、筐体１１内の、測定ヘ
ッド１０とＺ軸可動プレート５０１との間に配置されて
いる。Ｙ軸移動部１６は、Ｚ軸プレート５０１の前面に
形成されたＹ軸方向に長手方向を有するレール１６ａ
と、測定ヘッド１０の背面に形成されレール１６ａに沿
って摺動可動な不図示の摺動部と、モータ１６ｃと、モ
ータ１６ｃの回転軸に連結された送りネジ１６ｄと、測
定ヘッド１０の背面に固定され送りネジ１６ｄと嵌合す
る不図示のナットを含む。モータ１６ｃの回転軸が回転
することにより、送りネジ１６ｄも回転し、ナットがＹ
軸方向に移動することにより、摺動部もレール１６ａに
沿ってＹ軸方向に移動し、測定ヘッド１０がＹ軸方向に
移動する。

【００２３】Ｚ軸移動部１７は、筐体１１内に設けら
れ、支柱５０２の前面に形成されたＺ軸方向に長手方向
を有するレール１７ａと、Ｚ軸可動プレート５０１の背
面に形成されレール１７ａに沿って移動可能な不図示の
摺動部と、モータ１７ｃと、モータ１７ｃの回転軸に連
結された送りネジ１７ｄと、Ｚ軸可動プレート５０１の
背面に固定され送りネジ１７ｄと嵌合する不図示のナッ
トとを含む。モータ１７ｃの回転軸が回転することによ
り、送りネジ１７ｄも回転し、ナットがＺ軸方向に移動
することにより、摺動部もレール１７ａに沿ってＺ軸方
向に移動し、Ｚ軸可動プレート５０１がＺ軸方向に移動
する。その結果、測定ヘッド１０がＺ軸方向に移動す
る。

【００２４】これらの構成により、測定ヘッド１０のＸ
ＹＺ軸方向への移動を可能にしている。また、ＸＹＺ軸
移動部１５，１６，１７には、ＸＹＺ軸についての実際
の駆動量を測定するためのＸＹＺ軸測長部３６，３７，
３８（図１，図２、図３）が取り付けられている。

【００２５】なお、ステージ１８の上には、ＳＥＭＩ規
格でＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod)と呼ばれる
キャリア１８を搭載するために、キネマティックプレー
ト２０が搭載されている。キネマティックプレート２０
は、３本のピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃを上面に有して
いる。３本のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、前記ＦＯ
ＵＰ型キャリア１８の底面に設けられている凹部と嵌合
することにより、ＳＥＭＩ規格で規定されるキネマティ
ックカップリングを実現し、前記ＦＯＵＰ型キャリア１
８をステージ１２上に正確に支持および位置決めする構
成である。

【００２６】つぎに、測定ヘッド１０の構成について、
図２および図４を用いて説明する。測定ヘッド１０は、
２種類の測定部を有する。１つは、撮像した画像により
形状を測定するための撮像部２５であり、もう一つは、
レーザ光を用いてＹ軸方向の測長をするレーザＡＦ部３
０である。

【００２７】撮像部２５は、鏡筒１０１内に、対物レン
ズ２４、ズームレンズを含む光学系２３、ＣＣＤカメラ
２２を光軸１０３に沿って順に配置した構成である。光
学系２３内のズームレンズは、図２，４では図示してい
ないがズーム駆動部３５（図３）によって光軸１０３の
方向に駆動され、ズーム変倍が実現される。鏡筒１０１
内には、台座２１に配置された照明ユニット３４（図
３）が発した照明光を伝搬する光ファイバ（不図示）が
引き込まれており、光ファイバから出射された照明光
は、対物レンズ２４を通して測定対象に照射される。

【００２８】また、鏡筒１０１の径は、先端の対物レン
ズ２４の部分で狭められており、この先端の鏡筒１０１
の周りに、リング状の鏡筒１０２が取り付けられてい
る。鏡筒１０１とリング状の鏡筒１０２の間には、ベア
リング３３が配置され、リング状の鏡筒１０２は鏡筒１
０１に対して回転可能である。リング状の鏡筒１０２に
は、レーザＡＦ部３０を構成する半導体レーザ２６、集
光レンズ２８、２９、および受光素子２７が光軸１０４
に沿って配置される。半導体レーザ２６と集光レンズ２
８は、図４のように、撮像部２５の光軸１０３を挟んで
受光素子２７と集光レンズ２９に対して対称な位置に位
置する。ここでは、受光素子２７としてＣＣＤラインセ
ンサを用いる。また、リング状の鏡筒１０２には、半導
体レーザ２６と受光素子２７が配置される位置にそれぞ
れ、半導体レーザ２６から出射されるレーザ光を透過す
る窓３９，４０が配置されている。

【００２９】撮像部２５とレーザＡＦ部３０は、撮像部
２５の焦点面１０５とレーザＡＦ部３０の検出範囲中央
位置とが一致するように構成されている。よって、光軸
１０３と光軸１０４とは焦点面１０５上で交差してい
る。

【００３０】リング状の鏡筒１０２の外周には、ギア４
１が配置されている。また、鏡筒１０１には、固定具４
２によりモータ３１が固定され、モータ３１の回転軸に
はギア３２が取り付けられている。ギア３２は、前述の
ギア４１と噛み合っており、モータ３１が回転すること
により、リング状の鏡筒１０２が鏡筒１０１の周りで回
転する。これらギア４１、３２およびモータ３１は、Ａ
Ｆ回転部４３を構成している。よって、モータ３１の回
転量を制御することにより、レーザＡＦ部３０の配置
を、光軸１０４が含まれる面が鉛直方向となる縦配置
（図５（ａ））、および、水平方向となる横配置（図５
（ｂ））に切り替えることができる。なお、モータ３１
とリング状の鏡筒１０２の基部は、カバー１４５により
覆われている。

【００３１】なお、本実施の形態では、ギアを利用して
鏡筒１０２を回転させる構成としたが、モータ３１の回
転軸と鏡筒１０２との間にベルトを渡して鏡筒１０２を
回転させる構成としてもよい。

【００３２】また、筐体１１には、測定ヘッド１０がＹ
軸移動部１６により駆動される範囲でＺ軸方向に長い長
方形の開口１３が設けられている（図１）。開口１３の
幅は、測定ヘッド１０の幅と同じ大きさである。開口１
３からは測定ヘッド１０の先端部が外部に突出してい
る。また、筐体１１内で発生する塵や埃が開口１３から
外部に漏れるのを防止するために、開口１３の測定ヘッ
ド１０の上下には防塵シート１４が配置されている。防
塵シート１４は、幅が開口１３の幅よりも若干大きい帯
状のシートであり、柔軟性に富み、表面の摩擦係数が低
く、耐摩耗性が高い材質からなる。この帯状の防塵シー
ト１４の両端は、図２のように治具４４によりＺ軸可動
プレート５０１に固定され、これにより防塵シート１４
は筐体１１内を一周する輪になっている（図２）。な
お、治具４４は、測定ヘッド１０のＹ軸方向の移動を妨
げず、かつ、治具４４と測定ヘッド１０との間から塵や
埃が外部に漏れるのを防ぐために、治具４４と測定ヘッ
ド１０との隙間は、微小な幅となるように設定されてい
る。

【００３３】また、筐体１１内の角部には、図２のよう
に４カ所にローラー４５が配置され、このローラ４５に
より防塵シート１４がガイドされている。このローラー
４５のガイドにより、防塵シート１４は、筐体１１の前
面部では内壁に沿う形状となって開口１３に密着してこ
れを塞ぎ、筐体１１の上下面および背面部では、内壁と
間隔をあけて内壁に沿う配置となっている。また、輪状
の防塵シート１４の途中にはバネ部材４６が配置されて
いる。バネ部材４６は、防塵シート１４を長手方向に対
して引っ張り、たるみが生じるのを防止している。

【００３４】このように防塵シート１４は、両端がＺ軸
可動プレート５０１に固定された輪になっているため、
Ｚ軸移動部１７の動作により測定ヘッド１０がＺ軸方向
に移動した場合には、防塵シート１４も測定ヘッド１０
とともに移動する。このとき、防塵シート１４の輪が、
ローラー４５によってガイドされながら送られることに
より、測定ヘッド１０の上下の開口１３は、常に防塵シ
ート１４によって覆われ、筐体１１内の塵や埃が外部に
漏れるのを防止する。また、防塵シート１４の両端は、
測定ヘッド１０のＹ軸方向への移動を妨げないようにＺ
軸可動プレート５０１に固定されているため、測定ヘッ
ド１０は開口１３からＹ軸方向に出没することができ
る。

【００３５】筐体１１の下部には排気口４７が開けら
れ、内部に減圧用ファン４８が配置されている。減圧用
ファン４８は、本実施の形態のキャリア形状測定機が稼
働状態のときに動作するように設定される。減圧用ファ
ン４８の動作により、筐体１１内部を負圧にする。これ
により、防塵シート１４は、開口１３の部分で内側に引
っ張られて撓み、筐体１１と防塵シート１４との間にわ
ずかな隙間４９が生じる。この隙間４９を通して、図
７、図８のように外部から筐体１１の内部へと空気が流
れ込む。よって、稼働時は筐体１１内部のＸＹＺ軸移動
部１５，１６，１７等の可動部で発生した塵や埃が外部
へ漏れるのを、いっそう効果的に防止することができ
る。なお、バネ部材４６の生じる引っ張り応力は、減圧
用ファン４８の排気力を考慮して隙間４９の発生を妨げ
ず、しかも、開口１３部分以外の防塵シート１４にたる
みが生じない程度となるように設定しておく。

【００３６】また、筐体１１の外側には、測定対象であ
るキャリア１８に対する面を除いて安全カバー５０で覆
われている。安全カバー５０の大きさは、筐体１１のＸ
軸方向への可動範囲を考慮して定められている。また、
ステージ１２の上部空間は、測定ヘッド１０に向く面を
除き、安全カバー５１で覆われている。安全カバー５１
の大きさは、搭載するキャリア１８の大きさを考慮して
定められている。また、その材質は、測定部１０のレー
ザＡＦ部３０から出射されるレーザ光が透過できない光
学的特性をもつ材質である。

【００３７】また、安全カバー５０の上部には、本実施
の形態のキャリア形状測定装置の稼働状態を報知するた
めの３色のシグナルタワー５２が取り付けられている。

【００３８】つぎに、画像処理部１１１、コントローラ
１１２、ホストコンピュータ１１３および入出力部１１
４について図３を用いて説明する。コントローラ１１２
は、ＣＰＵ５３、ズーム駆動制御部５４、ＸＹＺ駆動制
御部５５、ＸＹＺカウンタ５６、レーザ制御部５７、回
転駆動制御部５８、調光制御部５９、ファン制御部６
０、状態監視／制御部６１、および、ジョイスティック
制御部６２を含んでいる。

【００３９】ズーム駆動制御部５４は、ホストコンピュ
ータ１１３の寸法測定演算処理部６４から受け取った撮
像倍率に応じて、測定機本体１００のズーム駆動部３５
に駆動量の指示を出力する。これにより、撮像部２５の
光学系のズームレンズの移動量が制御され、ＣＣＤカメ
ラ２２の撮像倍率が制御される。よって、キャリア１８
の大きさや求められる測定精度により撮像倍率を変化さ
せ、スループットを向上させることができる。

【００４０】ＸＹＺ駆動制御部５５は、ホストコンピュ
ータ１１３の寸法測定演算処理部６４から移動指示を受
け取り、測定機本体１１０のＸＹＺ軸移動部１５、１
６，１７のモータ１５ｃ、１６ｃ、１７ｃに対して駆動
を指示する。また、ＸＹＺカウンタ５６は、ＸＹＺ軸移
動部１５、１６，１７のＸＹＺ軸測長部３６，３７，３
８の測長結果を受けることにより、ＸＹＺ軸移動部１
５、１６，１７が移動した座標を検出する。ホストコン
ピュータ１１３の寸法測定演算処理部６４は、この検出
座標を受け取って移動量をフィードバック制御すること
により、寸法測定に必要な座標まで測定ヘッド１０を移
動させると共に、画像処理部１１１の出力結果を用いて
Ｙ軸方向の微調整を行い、測定ヘッド１０５の焦点面１
０５を測定対象に一致させる。

【００４１】レーザ制御部５７は、ホストコンピュータ
１１３からレーザＡＦ部３０を用いる測定の指示を受け
取った場合に、レーザＡＦ部３０の半導体レーザ２６に
発光を指示する信号を出力すると共に、ＣＣＤラインセ
ンサからなる受光素子２７の受光信号を受け取り、ＣＣ
Ｄラインセンサのどの位置でレーザ光が受光されている
かを検出することにより測定対象の焦点面１０５からの
ずれ量を求める。また、回転駆動制御部５８は、ホスト
コンピュータ１１３からレーザＡＦ部３０の配置を縦配
置および横配置（図５（ａ），（ｂ））のいずれかに変
換するように指示を受けた場合には、ＡＦ回転部４３の
モータ３１に所定の回転量だけ回転するよう指示する信
号を出力する。これにより、レーザＡＦ部３０の配置
を、縦配置もしくは横配置に切り替えることができる。

【００４２】調光制御部５９は、入出力部１１４が受け
付けたオペレータからの照明光量の調整指示をホストコ
ンピュータ１１３から受け取り、照明ユニット３４の発
光する光量を増光または減光させる信号を出力する。こ
れにより、撮像部２５の対物レンズ２４を通して測定対
象に出射される照明光が調光され、ＣＣＤカメラ２２の
撮像する画像の明るさが変化する。状態監視／制御部６
１は、ホストコンピュータ１１３が稼働していること示
す信号を受け取った場合にはシグナルタワー５２に青信
号を点灯させ、ホストコンピュータ１１３の寸法測定演
算処理部６４がレーザＡＦ部３０の測長結果を処理する
演算を行っている場合には、シグナルタワー５２に黄色
信号を点灯させる。また、状態監視／制御部６１は、ホ
ストコンピュータ１１３がレーザ制御部５７にレーザＡ
Ｆ部３０を用いる測定を指示している場合には、半導体
レーザ２６が発光していると判断して、シグナルタワー
５２の黄色信号を点滅させる。状態監視／制御部６１
は、ホストコンピュータ１１３の出力するエラー信号を
受け取った場合には、シグナルタワー５２の赤信号を点
灯させる。

【００４３】また、ジョイスティック制御部６２は、入
出力部７１のジョイスティックユニット７１のジョイス
ティックがオペレータにより操作された場合、直接ＸＹ
Ｚ軸移動部１５，１６，１７に移動を指示し、ジョイス
ティックの操作量だけ測定ヘッド１０をＸＹＺ方向に移
動させる制御を行う。

【００４４】コントローラ５３のＣＰＵ５３は、上述し
たコントローラ１１２内の各部の動作を全体制御を行
う。

【００４５】一方、画像処理部１１１は、撮像部２５の
ＣＣＤカメラ２２の出力する画像情報を受け取り、２値
化処理等の画像処理を行い、ホストコンピュータ１１３
に出力する。

【００４６】ホストコンピュータ１１３は、ティーチン
グ管理部６３、寸法測定演算処理部６４、測定結果管理
部６５、マンマシンインタフェース６６、メモリ６７を
含んでいる。メモリ６７には、測定対象であるキャリア
１８について、オペレータが所望する箇所の寸法を測定
するための複数の測定用プログラムが予め格納されてい
る。ティーチング管理部６３は、マンマシンインタフェ
ース６６を介してキーボード６８またはマウス６９から
オペレータが測定したい箇所や測定方法の指示を受け取
り、それを実現するためのメモリ６７内のプログラムを
選択する。そして、寸法測定演算処理部６４に該当プロ
グラムの実行を指示するとともに、その進行を確認す
る。

【００４７】寸法測定演算処理部６４は、ティーチング
管理部６３に指示されたプログラムをメモリから読み込
んで実行することにより、コントローラ１１２の各部に
対して、上述のような指示を行い、測定ヘッド１０を所
望の座標に移動させて、測定ヘッド１０の撮像部２５お
よびレーザＡＦ部３０による測定を行う。具体的には、
画像処理部１１１の出力画像の中心をＸＹＺカウンタ５
６の出力座標に対応させる演算を行うことにより、出力
画像の各画素の座標を求め、出力画像中の所望箇所間の
寸法を求める処理や、画像処理部１１１の出力から焦点
面１０５を一致させた状態で、レーザＡＦ部３０により
焦点面１０５から測定対象のＹ軸方向のずれ量を求める
ことにより、測定対象のＹ軸方向（奥行き方向）の寸法
の分布を高精度に測長する演算処理等を行う。なお、レ
ーザＡＦ部３０による測定時の焦点面のＸＹＺ座標は、
画像処理部１１１の出力画像の中心座標を用いる。

【００４８】寸法測定演算処理部６４の演算した各箇所
の寸法データは、測定結果管理部６５内のメモリに格納
される。測定結果管理部６５は、メモリ内の寸法データ
をそのままＣＲＴ７０に表示させるか、もしくは、オペ
レータの指示に応じて寸法データの統計データや、寸法
誤差データ等を求める演算を行い、その結果をＣＲＴ７
０に表示させる。

【００４９】ここで、本実施の形態のキャリア形状測定
機で測定対象となるＦＯＵＰ型キャリア１８について図
９を用いて説明する。ＦＯＵＰ（Front Opening Unifie
d Pod)は、ＳＥＭＩ規格で定められたキャリアの形状で
あり、直径３００ｍｍのウエハを収容する密閉タイプの
キャリアである。具体的には、ＦＯＵＰ型キャリア１８
は、前面にのみ開口を有する本体９１と、その開口を塞
ぐためのドア９２からなる。本体９１の内側の両側面に
は、ティース９３と呼ばれる突起が一定の間隔で複数個
配置されている。このティース９３により直径３００ｍ
ｍのウエハの両端が図１１のように支持される。また、
本体９１の底面には、３つの凹部（不図示）が設けられ
ている。これら３つの凹部は、ステージ１２のキネマテ
ィックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃと嵌
合することにより、ＳＥＭＩ規格のキネマティックカッ
プリングを実現する。

【００５０】また、ＦＯＵＰ型キャリア１８のドア９２
は、ドア９２を位置決めするためのレジストレーション
ピン穴９６と、ドア９２を開状態または閉状態にするた
めのラッチキー穴９５とを有する。ドア９２を開く場合
には、まず、ロードポートのレジストレーションピンを
レジストレーションピン穴９６に差し込んでドア９２の
位置決めを行い、さらに、ラッチキーをラッチキー穴９
５に差し込んで回転させることにより、ドア９２を開状
態とした後、ロードポートがドア９２を手前に引き出す
ことにより、図９のようにドア９２を本体９１から分離
する。

【００５１】なお、ステージ１２上のキネマティックプ
レート２０の向きは、キャリア１８の開口面がＸＺ平面
と平行になるように向けられている。

【００５２】本実施の形態のキャリア形状測定装置は、
上述のように測定ヘッド１０がＸＹＺ方向に移動して測
定を行う構成であり、キャリア１８は移動しない。よっ
て、キャリア１８に移動による振動や衝撃等が加わらな
いため、キャリア１８に半導体ウエハ９７を収容した状
態で高精度に測定を行うことができる。測定箇所は、オ
ペレータが所望した箇所を測定することができるが、例
えば、測定ヘッド１０の撮像部２５により図１１の点
ｅ、ｇ、ｈの各箇所を含む画像と、点ｆを含む画像を取
得し、画像処理部１１１が各画像内での点ｅ，ｆ，ｇ，
ｈに相当するエッジ部分を検出し、寸法測定演算処理部
６４が点ｅ、ｆ、ｇ、ｈの座標を演算し、さらに点ｅと
点ｆとの座標の距離を演算することにより、キャリア１
８の開口の内側の幅Ｅを求めることができる。また、点
ｇと点ｈとの距離を演算することにより、開口の縁の幅
Ｇを求めることができる。なお、同様の測定をキャリア
１８の複数箇所について行うことにより、開口の内側の
幅Ｅや開口の縁の幅Ｇを複数箇所について求めることが
できる。これにより前記幅Ｅや幅Ｇの分布を求めること
が可能である。これらの測定は、キャリア１８のドア９
２を開けた状態の本体９１について行う。

【００５３】また、同様に、図１１のようにウエハ９７
の中央部の点ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｎを含む画像を撮像
部２５により撮像し、画像処理部１１１が各画像内での
点ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｎに相当するエッジ部分を検出
し、寸法測定演算処理部６４が点ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，
ｎの座標を演算し、点ｉ，ｊ，ｋ，ｌ，ｍ，ｎの間隔を
それぞれ求めることにより、ウエハ９７の前縁中央部の
間隔Ｉを測定することができる。このとき、点ｉ，ｊ，
ｋ，ｌ，ｍ，ｎのＸ座標としては、先に求めた開口の内
壁の幅Ｅから、ウエハ９７の間隔Ｉを求めたい所望の位
置のＸ座標を用いることにより、ウエハ９７の端部や中
央部等の任意の位置でのウエハ間隔Ｉを測定することが
できる。

【００５４】また、測定ヘッド１０の撮像部２５による
撮像に加えて、レーザＡＦ部３０を用いることにより、
Ｙ軸方向の座標を高精度に求めることができる。このと
きレーザＡＦ部３０は、図５（ａ），（ｂ）で説明した
ようにレーザ光の発光方向を縦配置と横配置に変換でき
るため、測定対象の手前に突出した構造でレーザ光が蹴
られやすい狭い部分についてもレーザＡＦ３０による測
定を行うことができる。ここでレーザＡＦ３０を用いた
測定の一例として、開口の縁のドア突きあて面９８の平
面度を測定する動作について図１０および図１２を用い
て説明する。寸法測定演算処理部６４は、メモリ６７に
格納された図１２のフローに示した内容のプログラムを
読み込んで、これを実行することにより、測定を行う。
図１２のフローでは、図１０のａ，ｂ，ｃ，ｄ点の座標
が用いられるが、この座標は、この測定よりも前に寸法
測定演算処理部６４が撮像部２５による撮像により測定
した座標か、もしくはオペレータから入出力部１１４を
介して指定された座標を用いる。

【００５５】まず、寸法測定演算処理部６４は、回転駆
動制御部５８に指示を出力し、レーザＡＦ部３０のＡＦ
回転部４３を回転させることにより、レーザＡＦの配置
を図５（ｂ）の横配置に設定する（ステップ１２１）。
つぎに、寸法測定演算処理部６４は、ＸＹＺ駆動制御部
５５に移動を指示するとともに、ＸＹＺカウンタ５６か
ら検出結果を受け取って移動量のフィードバック処理を
することにより、測定ヘッド１０の焦点面１０５を、突
きあて面９８のａ点まで移動させる（ステップ１２
２）。つぎに、寸法測定演算処理部６４は、レーザ制御
部５７に指示して、半導体レーザ２６を出射させ（ステ
ップ１２３）、この状態でＸＹＺ駆動制御部５５に指示
して予め定めた速度で測定ヘッド１０をＸ軸方向に移動
させながら（ステップ１２４）、焦点面１０５からの対
象物のＹ軸方向のずれ量をレーザ制御部５７から受け取
る（ステップ１２５）。寸法測定演算処理部６４は、レ
ーザ制御部５７から受け取ったＹ軸方向のずれ量からＹ
軸座標を正確に演算する。また、各地点のＸＺ座標は、
ＸＹＺ軸測長部３６，３７，３８の検出信号をＸＹＺカ
ウンタ５６で読みとり、設定する。これらステップ１２
４，１２５を測定ヘッド１０の座標がｂ点まで達するま
で続ける。ただし、その途中で、ステップ１２５におい
て受光素子２７で受光ができなくなったことが、レーザ
制御部５７の出力から判明した場合には、レーザ光が開
口の縁で蹴られていると判断し、ステップ１２７に進
む。

【００５６】ステップ１２７では、突きあて面９８の縦
方向の面精度を測定するため、寸法測定演算処理部６４
は、点ｃの座標まで測定ヘッド１０を移動させる。移動
に際しては、ステップ１２２と同様に、ＸＹＺ駆動制御
部５５に移動を指示するとともに、ＸＹＺカウンタ５６
から検出結果を受け取ってフィードバック処理をする。
つぎに、寸法測定演算処理部６４は、回転駆動制御部５
８に指示を出力し、レーザＡＦ部３０のＡＦ回転部４３
を回転させることにより、レーザＡＦの配置を図５
（ａ）の縦配置に設定する（ステップ１２８）。そし
て、ＸＹＺ駆動制御部５５に指示して予め定めた速度で
測定ヘッド１０をＺ軸方向に移動させながら（ステップ
１２９）、対象物の焦点面１０５からのＹ軸方向のずれ
量をレーザ制御部５７から受け取る（ステップ１３
０）。寸法測定演算処理部６４は、レーザ制御部５７か
ら受け取ったＹ軸方向のずれ量からＹ軸座標を正確に演
算する。また、各時点のＸＺ座標は、ＸＹＺ軸測長部３
６，３７，３８の検出信号をＸＹＺカウンタ５６で読み
とり、設定する。これらステップ１２９，１３０を測定
ヘッド１０の座標がｄ点まで達するまで続け、測定を終
了する。ただし、その途中で、ステップ１３０におい
て、受光素子２７で受光ができなくなったことがレーザ
制御部５７の出力から判明した場合には、レーザ光が開
口の縁で蹴られていると判断し、測定を終了する。

【００５７】寸法測定演算処理部６４は、これらの測定
で得られた突きあて面９８上の各点のＹ座標から平面度
を求め、その結果を測定結果管理部６５に格納するとと
もに、ＣＲＴ７０に表示させる。

【００５８】このように、本実施の形態では、測定ヘッ
ド１０にレーザＡＦ部３０を備えているため、Ｙ軸方向
の座標を高精度に測定することができる。したがって、
キャリア１８の平面度を精度良く測定することができ
る。また、上述の突きあて面９８の測定では、レーザＡ
Ｆ部３０の配置を縦方向と横方向に変換しながら測定を
行うことができるため、縦方向と横方向のどちらか一方
の配置では縁で光が蹴られて測定することができないよ
うな突きあて面９８の測定を、周方向に沿って行うこと
が可能である。

【００５９】また、上記説明では、キャリア１８のドア
９２を開けた状態の本体９１についての測定について述
べたが、本実施の形態の形状測定機は、本体９１の測定
のみに限られるものではなく、ドア９２を閉めたキャリ
ア１８の形状について測定することができる。例えば、
ドア９２のレジストレーション穴９６やラッチキー穴９
５の形状および配置や、ドア９２の外形について測定す
ることができる。

【００６０】上述してきたように、本実施の形態のキャ
リア形状測定装置は、キャリア１８側を移動させずに、
測定ヘッド１０を３次元に移動させて測定を行う構成で
あるため、キャリア１８に振動や衝撃が加わらない。こ
のため、キャリア１８に半導体ウエハ９７を収容したま
ま測定することが可能であり、ウエハ９７の間隔や傾斜
等を所望の位置で直接測定することができる。したがっ
て、キャリア１８の評価を、ウエハ９７の姿勢を示すデ
ータにより直接的に行うことができる。

【００６１】また、キャリア１８に振動や衝撃が加わら
ないため、キャリア１８の姿勢がずれたり、キャリア１
８内に収容されているウエハ９７がずれたりしない。よ
って、測定精度の信頼性を保証することができる。

【００６２】また、ウエハ９８の間隔や傾斜を直接測定
できるため、キャリアのティース９３の形状から推定す
る場合と比較して、測定精度を大幅に向上させることが
可能である。

【００６３】また、本実施の形態のキャリア形状測定装
置は、撮像部２５が、対物レンズ２４から照明光を出射
し、その反射光を再び対物レンズ２４で集光して撮像す
る構成であり、レーザＡＦ部３０もレーザ光を出射し反
射光を測定する構成であるため、透過照明を用いる必要
がなく、ＦＯＵＰ型キャリア１８のように背面が塞がれ
た形状のキャリアについて形状を精度良く測定すること
ができる。

【００６４】また、本実施の形態のキャリア形状測定装
置では、レーザＡＦ部３０を用いることにより、撮像装
置の合焦位置からＹ軸座標を求める場合と比較して、Ｙ
軸方向の測定精度を大幅に向上させることができる。ま
た、レーザＡＦ部３０は、発光方向を縦配置と横配置に
変換できる構成であるため、レーザ光が蹴られやすい狭
い部分についても、奥行き形状をレーザＡＦ３０によっ
て高精度に測定することがが可能である。

【００６５】さらに、本実施の形態のキャリア形状測定
装置では、筐体１１の開口１３を、測定ヘッド１０の可
動性を妨げることなく防塵シート１４で塞ぐ構成として
いる。防塵シートは、装置が非稼働時には、開口部１４
に密着することにより、筐体内部の塵や埃が筐体１１か
ら外部に出ることを防止する。また、装置の稼働時には
減圧用ファンの作用により、防塵シート１４が撓んで微
小な隙間４９を形成し、外部から内部への空気の流れを
作るため、筐体１１内の可動部等で発生する塵や埃が筐
体１１から漏れ出すことを防止することができる。

【００６６】本実施の形態のキャリア形状測定装置は、
測定ヘッド１０が３次元に移動する構成のために駆動機
構の一部を、キャリア１８よりも高い位置に位置する構
成となっているが、上述したような防塵効果があるた
め、駆動機構から発生する塵や埃がキャリア１０やウエ
ハ９７に付着するのを防ぐことができる。また、上述し
たようにキャリア１８を移動しないため、測定途中でウ
エハ９７がキャリア１８から飛び出したり、破損する恐
れもない。このように、本実施の形態の形状測定装置
は、キャリア１８やウエハ９７を汚染せず、しかも、破
損させる恐れもないため、半導体デバイスの製造ライン
の途中に配置することもでき、使用の用途が広い。

【００６７】なお、上述してきた実施の形態のキャリア
形状測定装置では、防塵シート１４を減圧用ファン４８
の作用のみで撓ませて隙間４９を発生させていたが、図
１３（ａ）のように、開口１３の上下の２つのローラー
４５を内側に傾斜させて隙間４９の発生を助ける構成に
することもできる。ローラー４５を内側に傾斜させる構
成としては、ローラー４５に図１３（ａ）のように直角
治具１３２を取り付け、この治具１３２をロータリーソ
レノイドやエアシリンダ等の駆動源１３１により押し下
げる構成にすることができる。

【００６８】また、防塵シート１４のたるみを防ぐため
のバネ部材４６に代えて、図１３（ｂ）のように重り１
３３を配置することも可能である。さらに、上述の実施
の形態では、防塵シート１４を筐体１１内を一周する輪
にしているが、開口１３の上下のローラー４５により、
一定の力で防塵シート４５を巻き取る構成にすることも
できる。

【００６９】

【発明の効果】上述してきたように、本発明によれば、
キャリアに収容された半導体ウエハの姿勢を精度良く測
定することのできる形状測定機を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の測定機本体１１０の外観を示す斜視図。

【図２】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の減圧ファン４８が非稼働時の図１のＡ−Ａ’断面図。

【図３】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の全体構成を示すブロック図。

【図４】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の測定ヘッド１０の先端部の構成を示す断面図。

【図５】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の測定ヘッド１０のレーザＡＦ部３０を（ａ）縦配置に
した場合と（ｂ）横配置にした場合の形状を示す斜視
図。

【図６】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の減圧用ファン４８が非稼働時の図２のＢ−Ｂ’断面
図。

【図７】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の減圧用ファン４８が稼働時の図２のＢ−Ｂ’断面図。

【図８】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
の減圧ファン４８が稼働時の図１のＡ−Ａ’断面図。

【図９】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装置
で測定することのできるＦＯＵＰ型キャリア１８の構成
を示す斜視図。

【図１０】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装
置で図９のキャリア１８の面９８について平面度を測定
する手順を説明するための説明図。

【図１１】図９のキャリア１８に半導体ウエハ９７が収
容された状態と、測定位置の例を示すための説明図。

【図１２】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装
置で図９のキャリア１８の面９８について平面度を測定
する動作を示すフローチャート。

【図１３】本発明の一実施の形態のキャリア形状測定装
置において、（ａ）防塵シート１４に隙間４９を生じや
すい構成とした説明図、（ｂ）防塵シート１４のたるみ
を防止するための別の構成例を示す説明図。

【符号の説明】

１１…筐体、１２…ステージ、１３…開口、１４…防塵
シート、１５…Ｘ軸移動部、１６…Ｙ軸移動部、１７…
Ｚ軸移動部、１８…キャリア、２０…キネマティックプ
レート、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…キネマティックピ
ン、２１…台座、２２…ＣＣＤカメラ、２３…ズームレ
ンズを含む光学系、２４…対物レンズ、２５…撮像部、
２６…半導体レーザ、２７…受光素子、２８，２９…集
光レンズ、３０…レーザＡＦ部、３３…ベアリング、３
４…照明ユニット、４３…ＡＦ回転部、４５…ローラ
ー、４８…減圧用ファン、４９…隙間、９７…半導体ウ
エハ、１０１…鏡筒、１０２…リング状の鏡筒、１０５
…焦点面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】測定対象を搭載するためのステージと、前
記測定対象を撮像するための撮像部と、前記測定対象の
測定すべき部位まで前記撮像部と前記測定対象とを相対
的に移動させる移動部とを有し、前記移動部は、前記ステージを移動させることなく、前
記撮像部を移動させることにより前記移動を実現するこ
とを特徴とする形状測定機。
【請求項２】測定対象を搭載するためのステージと、前
記測定対象の形状を測定する測定部と、前記測定対象の
測定すべき部位まで前記測定部と前記測定対象とを相対
的に移動させる移動部とを有し、前記測定部と前記移動部の少なくとも一部を収容する筐
体を有し、該筐体は、前記測定対象と対向する部位に、
前記測定部の前記移動を妨げない大きさの開口を備え、
前記測定部の先端は前記開口から前記測定対象側に露出
され、前記開口には、前記筐体内の塵が前記測定対象側に漏れ
るのを防ぐために、前記測定部の前記移動を妨げること
なく前記測定部以外の部分を覆う防塵部材が配置されて
いることを特徴とする形状測定機。
【請求項３】請求項２に記載の形状測定機において、前
記防塵部材を撓ませ、該防塵部材と開口との隙間から前
記筐体内に流れ込む空気流を形成するために、前記筐体
内部の気圧を減圧する減圧手段を有することを特徴とす
る形状測定機。
【請求項４】測定対象を搭載するためのステージと、前
記測定対象の形状を測定する測定部と、前記測定対象の
測定すべき部位まで前記測定部を相対的に移動させる移
動部とを有し、前記測定部は、レーザ光を前記測定対象に向かって斜め
方向から照射する照射部と、前記レーザ光の反射光を受
光する受光部と、前記測定対象の前記レーザ光照射部位
を変えることなく前記レーザ光が入射する向きを変える
ために、前記照射部と前記受光部との位置関係を保った
まま、前記照射部と前記受光部とを回転させる回転駆動
部とを含むことを特徴とする形状測定機。
【請求項５】請求項４に記載の形状測定機において、前
記測定部は、前記測定対象を撮像するための撮像部を有
し、前記受光部からの出力により前記測定対象からの前
記撮像部の光軸方向の距離を検出することを特徴とする
形状測定機。