JP2001336918A - 形状測定機 - Google Patents
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Abstract
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
形状測定機について図面を用いて説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
たコントローラ112内の各部の動作を全体制御を行
う。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
の測定機本体110の外観を示す斜視図。
の減圧ファン48が非稼働時の図1のA−A’断面図。
の全体構成を示すブロック図。
の測定ヘッド10の先端部の構成を示す断面図。
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。
の減圧用ファン48が非稼働時の図2のB−B’断面
図。
の減圧用ファン48が稼働時の図2のB−B’断面図。
の減圧ファン48が稼働時の図1のA−A’断面図。
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。
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。
容された状態と、測定位置の例を示すための説明図。
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。
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。
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 (5)
- 【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。
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