JP4649704B2

JP4649704B2 - 形状測定機

Info

Publication number: JP4649704B2
Application number: JP2000155493A
Authority: JP
Inventors: 房生清水
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2020-05-25
Also published as: US20020017599A1; KR20010107701A; KR20080025389A; TW526325B; JP2001336918A; US6762399B2; KR100910948B1; KR100837125B1

Description

【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ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod)と呼ばれる、直径３００ｍｍ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】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
また、静止した前記測定対象に対して、前記測定部が移動して前記測定を行ってもよい。
【００１５】
また、上記目的を達成するために、本発明の別の太陽によれば、以下のような形状測定機が提供される。
【００１６】
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、前記測定部と前記移動部とを制御する制御部とを有し、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、を含み、前記制御部は、照射される前記レーザ光と受光される前記反射光とがなす面と、前記測定部の移動の方向とが略平行となるように、前記回転駆動部および前記移動部とを制御することを特徴とする形状測定機である。
【００１７】
なお、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可能であり、前記受光部が前記反射光を受光範囲の略中央で受光する状態で、前記照射部の光軸と前記受光部の光軸との交点が、前記撮像部の撮像光軸上の焦点面と略一致するような構成とすることができる。
【００１８】
また、移動する前記受光部の受光位置に基づいて、前記測定対象の前記移動の方向における平面度を求めてもよい。
【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ＸＹＺ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ＦＯＵＰ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１８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３０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１０１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２８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４１が配置されている。また、鏡筒１０１には、固定具４２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、ＡＦ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１３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１１４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６０、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、１６，１７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３６，３７，３８の測長結果を受けることにより、ＸＹＺ軸移動部１５、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１０５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、ＣＣＤ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６１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ＡＦ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ＸＹＺ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５６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ＣＲＴ７０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 Unified 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３００ｍｍ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９５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１８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９２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１２２）。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１２４，１２５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（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１３０）。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ＡＦ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９５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１８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１３３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、３４…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

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１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１または請求項２に記載の形状測定機において、
静止した前記測定対象に対して、前記測定部が移動して前記測定を行うことを特徴とする形状測定機。
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、
前記測定部と前記移動部とを制御する制御部と、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、を含み、
前記照射部の光軸と前記受光部の光軸とは、前記回転駆動部の回転軸と同一平面上に存在し、かつ、当該回転軸上に交点を有し、
前記制御部は、
前記照射部の光軸と前記受光部の光軸とを含む面に平行な方向で、かつ、前記回転軸に直交する方向に、前記測定部を移動させるよう前記移動部を制御すること
を特徴とする形状測定機。
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可能であり、
前記受光部が、前記反射光を受光範囲の略中央で受光する状態で、前記照射部の光軸と前記受光部の光軸との交点が、前記撮像部の撮像光軸上の焦点面と略一致すること
を特徴とする形状測定機。
請求項４または５に記載の形状測定機において、
移動する前記受光部の受光位置に基づいて、前記測定対象の前記移動の方向における平面度を求めること
を特徴とする形状測定機。