JP5079028B2 - キャリア形状測定機 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

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はずれていると、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はずれていると、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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明は、キャリアおよび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キャリア形状測定機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明によれば、以下のようなキャリア形状測定機が提供される。

すなわち、測定対象であるキャリアの形状を測定する測定部と、前記測定部を移動させる移動部と、前記キャリアとキネマティックカップリングするキネマティックカップリングピンを有し、前記キネマティックカップリングにより支持される前記キャリアについて定まる基準面と一致するもしくは平行な面を有するステージと、前記測定部を、前記基準面と平行に移動させるよう前記移動部を制御する制御部と、を備え、前記測定部は、前記ステージの基準面と一致するもしくは平行な面を基準として、前記キャリアの形状を測定することを特徴とするキャリア形状測定機である。

前記ステージは、前記キネマティックカップリングにより支持された前記キャリアについて定まる水平基準面、フェイシャル基準面、バイラテラル基準面のうちの少なくとも一つと一致する面もしくは平行な面を有する構成にすることができる。

予め定められた配列で配置された前記キネマティックカップリングピンの前記配列を維持したまま、前記キネマティックカプリングピンの配列の向きを変更可能であるキャリア形状測定機である。

前記測定部の測定結果を演算する演算部を有する構成とし、該演算部は、前記測定部が測定した前記キャリア内に収納されたウエハの縁の複数箇所の座標を、予め定められた数式に代入することにより、前記ウエハの中心座標を求めるようにすることができる。

また、前記ステージは、前記キネマティックカップリングピンを揺動させる機構部を有することができる。

前記キャリアと前記キネマティックカップリングピンとの嵌合が正常であるかどうかを検出する検出部と、前記検出部が嵌合が正常であることを検出した場合には、前記機構部に揺動を停止させる制御部とを有する構成にすることができる。

前記キネマティックカップリングピンは、先端から前記キャリアに向かって空気を噴出するための空気噴出口と、前記空気噴出口まで空気を送り込む流路とを有する構成にすることができる。

前記キャリアと前記キネマティックカップリングピンとの嵌合が正常であるかどうかを検出する検出部と、前記検出部が嵌合が正常であることを検出した場合には、前記流路への空気の供給を停止させる制御部とを有する構成にすることができる。

前記キネマティックカップリングピンは、３本のピンからなり、該３本のピンは、予め定められた配列で配置され、
前記ステージは、前記キャリアを所望の向きで前記キネマティックカップリングピンに支持させるために、前記３本のピン間の配列を維持したまま、前記ステージ上の前記３本のピンの配列の向きを変換可能な構造にすることができる。

前記ステージは、前記キネマティックカップリングピンが備えられたプレートと、該プレートを搭載する支持部とを有し、前記支持部は、前記３本のピンの配列の向きを変換するために、前記プレートの搭載方向を変換可能にする機構を有することができる。

また、前記ステージは、前記キネマティックカップリングピンが備えられたプレートと、該プレートを回転させる回転部とを有することができる。

前記ステージは、前記３本のピンの配列の向きがそれぞれ異なる複数のキネマティックカップリングピンと、前記複数のキネマティックカップリングピンを前記ステージ上に出没させるための機構部と、前記機構部を制御して前記複数のキネマティックカップリングピンのうちの一つを選択的に前記ステージ上に突出させる制御部とを有する構成にすることができる。

前記ステージ上の前記キネマティックカップリングピンの向きに応じて、測定結果の座標を座標変換する座標変換部を有する構成にすることができる。

前記測定部の測定結果から、前記キャリアの寸法を演算する寸法演算部を有し、該寸法演算部は、前記測定結果の座標をそのまま用いて、もしくは、前記座標変換部の変換した座標を用いて前記キャリアの寸法を演算する構成にすることができる。

前記測定部の測定結果を演算する演算部を有する構成とし、前記演算部は、前記測定部が測定した前記キャリアのウエハ支持部の座標、および、前記測定部が測定した前記キャリアに収納されているウエハの縁の一点の座標の少なくとも一方に、前記ウエハの重さから予め求めておいた自重撓み量を加えることにより、前記ウエハの中心座標を求める構成にすることができる。

前記測定部の測定結果を演算する演算部を有する構成とし、前記演算部は、前記測定部が測定した前記キャリアの左右のウエハ支持部の座標を用いて、前記ウエハ支持部に支持される前記ウエハの傾斜を求める構成にすることができる。

前記ステージは、前記キネマティックカップリングピンが供えられたプレートと、該プレートを回転可能な回転部と、を有するキャリア形状測定機である。

前記プレートは、該プレートの向きを検出する検出部を有するキャリア形状測定機である。

また、本発明の別の態様によれば、以下のようなキャリア形状測定機が提供される。

すなわち、測定対象であるキャリアを支持するステージと、前記キャリアを撮像する撮像部と、前記撮像部の撮像結果を演算する演算部とを有し、
前記撮像部は対物レンズを有し、該対物レンズの作動距離は、前記キャリアのウエハを出し入れするための開口の入り口から、前記キャリア内のウエハ支持部までの距離よりも長いことを特徴とするキャリア形状測定機である。

上述してきたように、本発明によれば、キャリアおよび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。

本発明の第１の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。 本発明の第１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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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。 本発明の第１の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の形状と、その基準面を示す説明図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０の形状と、ＦＯＵＰ型キャリア１８の基準面との関係を示す説明図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０の大きさと、ＦＯＵＰ型キャリア１８の外形の関係を示す説明図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、キネマティックプレート２０の前側側面１５２を順として、キャリア１８の前面１８ａの平面度を測定する手順を示す説明図。 図１７の測定動作を示すフローチャート。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃと、キャリア１８の凹部１９１との嵌合が（ａ）完全な状態（ｂ）不完全な状態を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃを揺動させるための構成を示すブロック図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃから空気を噴出させる構成とする場合のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの断面図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機のキネマティックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃから空気を噴出させるための構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の軸方向を調整する動作を行う場合の構成を示す斜視図。 図２３の調整動作で用いられる直角治具２５０の構成と、基準面との関係を示す説明図。 図２３の調整動作で用いられる直角治具２５０の構成を示す（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）側面図。 図２３の調整動作を示すフローチャート。 図２３の調整動作を示すフローチャート。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、ウエハ９７の前縁の座標からウエハの中心座標を求める測定を説明する説明図。 図２８の測定動作を示すフローチャート。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、（ａ）ティースの座標から自重撓みを考慮してウエハ９７の中心高さを求めることを説明する断面図、（ｂ）ティース９３部分ではティース９３に沿ってウエハ９７が撓むことを説明する断面図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、ティース９３の座標からウエハの想定高さＴｃを求めることを説明するためのキャリア１８の断面図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、キャリア１８がオープンキャリアである場合に、ティース９３の座標からティースの想定高さＴｃ’を求めることを説明するためのキャリア１８の断面図。 （ａ），（ｂ）本発明の第２の実施の形態のキャリア形状測定機の測定ヘッド１０の作動距離を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態のキャリア形状測定機において（ａ）〜（ｄ）はプレート２０の向きを示す斜視図、（ｅ）は測定機本体の構成を示す斜視図。 本発明の第３の実施の形態のキャリア形状測定機の座標軸変換器３５１の動作を示す説明図。 本発明の第３の実施の形態のキャリア形状測定機において（ａ）は座標軸変換器３５１の変換する座標系説明図、（ｂ）はＣＣＤカメラ２２の出力画像上の座標軸を示す説明図。 本発明の第４の実施の形態のキャリア形状測定機の測定機本体の構成と回転駆動制御部３７１を示すブロック図。 本発明の第５の実施の形態のキャリア形状測定機の測定機本体の構成とピン上下駆動制御部３８１を示すブロック図。 （ａ）、（ｂ）図３８のキャリア形状測定機のプレート２０のピン２０ａ〜２０ｌの構成を示す断面図。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、プレート２０が基準面を有さない構成とした場合に、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の軸方向の調整方法を示すフローチャート。 本発明の第１の実施の形態のキャリア形状測定機において、プレート２０が基準面を有さない構成とした場合に、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の軸方向の調整方法を示すフローチャート。 図４０，図４１の調整動作で用いられる直角治具４１０の（ａ）上面図、（ｂ）側面図、（ｃ）側面図。 図４０，図４１の調整動作で用いられる直角治具４１０の構成と、基準面との関係を示す説明図。

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。

本発明の第１の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。

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。

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。

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。

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。なお、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７のレール１５ａ，１６ａ、１７ａは、いずれもねじにより固定されており、このねじをゆるめて調整することにより、レールの軸方向を調整することができる構成となっている。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。

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の形状および配置は、ＳＥＭＩ規格(SEMI E57-1296)で定められた形状および配置である。
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Ｖ溝状の凹部と嵌合することにより、ＳＥＭＩ規格で規定されるキャリア搭載用位置決め機構のキネマティックカップリングを実現する。これにより、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。したがって、本実施の形態の形状測定装置では、実際の半導体デバイスの製造ラインでキャリア１８が支持されるのと同じキネマティックカップリングによりをキャリア１８を支持しながら、キャリア１８の形状測定を行うことができるため、キャリア１８および収容されるウエハの形状および姿勢をキャリア１８の使用時と同じ状態で精密に測定することができる。

また、本実施の形態では、高精度にＦＯＵＰ型キャリア１８の測定を行うために、ＦＯＵＰ型キャリア１８の形状に基づいてＦＯＵＰ型キャリア１８に定められている基準面もしくはそれに平行な面を基準として測定を行う。ＦＯＵＰ型キャリア１８の基準面には、図１４のように、ＳＥＭＩ規格で規定される水平基準面（horizontal datum plane)１４１とフェイシャル基準面(facial datum plane)１４２とバイラテラル基準面(bilateral datum plane)１４３がある。水平基準面１４１は、キネマティックカップリングピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃによりキャリア１８が設置されている水平面である。フェイシャル基準面１４２は、キャリア１８中のウエハを二等分し、キャリア１８の前面に平行な垂直面である。バイラテラル基準面１４３は、キャリア１８中のウエハを二等分し、水平基準面１４１に対して直角に交わる垂直面である。水平基準面１４１は、キャリア１８の構造上キャリア底面とは必ずしも平行ではない。

本実施の形態では、これら基準面１４１，１４２，１４３を基準としてキャリア１８およびウエハの形状および姿勢を測定できるようにする。このために、本実施の形態では、キネマティックプレート２０を図１５に示したような形状とし、キネマティックプレート２０の上面１５１が、ステージ１２に固定された状態で、水平基準面１４１に一致する面、もしくは、水平基準面１４１に平行な面となるようにしている。同様にキネマティックプレート２０の前側側面１５２（筐体１１と対向する面）は、フェイシャル基準面１４２と平行な面にし、横側側面１５３はバイラテラル基準面１４３と平行な面にしている。また、キネマティックプレート２０の四方の側面１５２，１５３等には、図１５のように突起１５４，１５５，１５６，１５７が設けられており、突起の側面１５４ａ，１５６ａはバイラテラル基準面１４３に一致する面となるように構成している。側面１５５ａ，１５７ａはフェイシャル基準面１４２に一致する面となるように構成している。

このキネマティックプレート２０の上面１５１や側面１５２，１５３を用いて、後述する位置合わせ工程によりＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の移動方向を上記基準面１４１，１４２，１４３と平行にする調整を行う。これにより、ＦＯＵＰ型キャリア１８の基準面１４１，１４２、１４３を基準にして、ＦＯＵＰ型キャリア１８の高精度に形状測定することができる。これにより、前側側面１５２や横側側面１５３を基準としてキャリア前面１８ａや側面を測定することにより、キャリア形状の良否が容易に検知できる。

また、本実施の形態では、キネマティックプレート２０の大きさを、図１６のようにＦＯＵＰ型キャリア１８の大きさに合わせるように設計している。すなわち、キネマティックプレート２０の前側側面１５２が、ＦＯＵＰ型キャリア１８の設計上の前面１８ａと一致するようにし、横側側面１５３がＦＯＵＰ型キャリア１８の設計上の側面１８ｂと一致するように大きさを定めている。

また、本実施の形態では、キネマティックプレート２０にＦＯＵＰ型キャリア１８を搭載する際に、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃとＦＯＵＰ型キャリア１８の底面のＶ溝状凹部とを確実に嵌合させてキネマティックカップリングを実現するため、キネマティックプレート２０のピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃを揺動させる構成としている。というのは、従来キネマティックプレート２０にＦＯＵＰ型キャリア１８を搭載する際には、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの直上までキャリア１８の底面のＶ溝状凹部１９１を持っていき、キャリア１８とウエハの自重によって、Ｖ溝状凹部１９１とピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃとを嵌合させていた。しかしながら、従来、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃは金属製であり、ＦＯＵＰ型キャリア１８は樹脂製であるため、搭載動作を繰り返すことによりＶ溝状凹部１９の斜面にピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃの打痕がつきやすい。Ｖ溝状凹部１９の斜面に打痕が生じると、ピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃとＶ溝状凹部１９の斜面との摩擦力が大きくなり、円滑な嵌合を行うことができない。嵌合が不十分な場合、図１９（ｂ）のようにピン２０ａとＶ溝状凹部１９１との間に隙間１９２が生じて、キャリア１８の底面が傾斜する。すなわち、キネマティックカップリングによるキャリア１８の支持を実現することができない。

そこで本実施の形態では、図２０のように、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃが、基部にピエゾ素子からなる振動素子２０４を含む構成としている。ただし、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの外形は、振動素子２０４が振動していない状態でＳＥＭＩ規格(SEMI E57-1296)のキネマティックカップリングピンの形状を満たす。
振動素子２０４の振動方向は、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの軸を横方向（プレート２０の主平面に平行な方向）に振動させる方向である。また、プレート２０には、予め定めた間隔をあけて、キャリア１８の底面を検出する光電スイッチ２０５ａ，２０５ｂが配置されている。光電スイッチ２０５ａ，２０５は、キャリア１８の底面に向けて光を出射する発光素子１９５と、その反射光を検出する受光素子１９６とを有している。受光素子１９６は、Ｖ溝状凹部１９１がピン２０ａ、２０ｂ、２０ｂと正常に嵌合している場合には、キャリア１８の底面からの反射光が入射するが、Ｖ溝状凹部１９１がピン２０ａ、２０ｂ、２０ｂと図１９（ｂ）のように不完全に嵌合し、キャリア１８の底面が浮き上がっている場合には、反射光が入射しないように位置および向きが定められている。また、ステージ１２には、プレート２０の荷重を検出するために、ロードセルからなる荷重センサ２０６が備えられている。

ステージ１２内には、振動素子２０４、光電スイッチ２０５ａ，２０５ｂ、荷重センサ２０６に接続された図２０のような回路が配置されている。振動素子２０４を構成するピエゾ素子の電極は、振動素子ドライバ２０２に接続され、振動素子ドライバ２０２には制御部２０１により制御信号が出力される。また、振動素子ドライバ２０２は、振動素子２０４の振動の位相変化を検出する機能を有し、検出結果を制御部２０１に出力する。光電スイッチ２０５ａ，２０５ｂの出力は、オア論理回路２０８およびアンド論理回路２０９に入力され、オア論理回路２０８およびアンド論理回路２０９の出力は制御部２０１に入力される。また、荷重センサ２０６の出力は、アンプ２０７を介して制御部２０１に入力される。この他、タイマ回路２０３およびオペレータから振動開始指示を受け付ける開始スイッチ１９４の出力が、制御部２０１に入力される。また、制御部２０１には、本実施の形態の形状測定機に対してキャリア１８を搭載するキャリア搬送機１９３の出力も入力される。

制御部は、荷重センサ２０６の出力が予め定めた荷重よりも大きい場合、もしくは、オア論理回路２０８の出力から光電スイッチ２０５ａ、２０５ｂのうちの少なくとも一方がキャリア１８の底面を検出したことを検知した場合、もしくは、キャリア搬送機１９３からキャリア１８搭載完了信号を受け取った場合、もしくは、開始スイッチ１９４がオペレータから振動開始の指示を受け付けた場合には、キャリア１８が搭載されたと判断し、振動素子ドライバ２０２に振動を指示する信号を出力する。振動素子ドライバ２０２は、振動素子２０４を構成するピエゾ素子の電極に電圧信号を出力し、振動素子２０４を予め定めた周期で振動させる。これにより、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃが横方向に振動するため、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端曲面とＶ溝状凹部１９１の斜面との摩擦力が低減する。よって、キャリア１８の自重のみでは、図１９（ｂ）のようにＶ溝状凹部１９１との嵌合が不完全になっていた場合であっても、これを解消して図１９（ａ）のように完全な嵌合状態にすることができる。

制御部２０１は、振動素子ドライバ２０２がピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの振動の位相が変化したことを検出した場合、あるいは、アンド論理回路２０９の出力により光電スイッチ２０５ａ、２０５ｂの両方がキャリア１８の底面を検出したことを検知した場合には、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃがＶ溝状凹部１９１に完全に嵌合したと判断して、振動素子ドライバ２０２に振動停止信号を出力する。これにより、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの振動を停止させる。また、制御部２０１は、振動開始から予め定めた時間が経過したことをタイマ回路２０３の出力から検知した場合にも、振動を停止させる。また、制御部２０１は、振動を停止させた後、後述のホストコンピュータ１１３にキャリア１８の搭載完了を知らせる信号を出力する。

このように、本実施の形態ではキネマティックプレート２０を図２０のような構成にしたことにより、キネマティックプレート２０のピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃとＦＯＵＰ型キャリア１８にＶ溝状凹部１９１との不完全な嵌合を解消することができ、ＦＯＵＰ型キャリア１８をキネマティックカップリングにより支持および位置決めすることができる。また、図２０の構成では、ピン２０ａ、２０ｂ、２０ｃとＶ溝状凹部１９１との嵌合が完全かどうかを、光電スイッチ２０５ａ，２０５ｂの出力や振動素子ドライバ２０２の検出する位相変化により検知することができるため、目視で確認することの困難な嵌合状態を容易に検出できる。

なお、図２０の構成では、振動により不完全な嵌合を解消したが、振動に代えて、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端から、Ｖ溝状凹部１９１の斜面に向けて空気を噴出する構成にすることもできる。これを実現するためには、例えば、図２１（ａ）のようにピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端部２１１を多孔質材料により形成し、基部には外部の供給管２１２から先端部２１１まで圧縮空気を導く流路２１４を設ける。これにより、先端部２１１の多孔質材料の孔から空気を噴出させることができる。また、図２１（ｂ）あるいは図２１（ｃ）のように流路２１４に分岐路２１３を設け、分岐路２１３の先端から空気を噴出させる構成にすることもできる。さらに、図２１（ｄ）のように流路２１４を延長して、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端から空気を噴出させる構成とすることもできる。そして、供給管２１２には、図２２のように圧縮空気源２２１を接続し、途中に電磁弁２２２と流量計２２３と圧力計２２４を配置する。制御部２０１は、図２０と同様の方法でキャリア１８が搭載されたことを検知し、これをトリガとして電磁弁２２２を開状態にして、圧縮空気をピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端からＶ溝状凹部１９１の斜面に向かって噴出させる。また、流量計２２３の流量が予め定めた値よりも小さくなった場合もしくは供給管２１２内の圧力が予め定めた値よりも大きくなった場合には、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃとＶ溝状凹部１９１との嵌合が完全となり、Ｖ溝状凹部１９１の斜面でピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの空気噴出孔が塞がれたと判断し、電磁弁２２２を閉じる。また、図２０の構成と同様に、アンド論理回路２０９の出力またはタイマ回路２０３の出力によって嵌合が完全となったことを検知した場合にも電磁弁２２２を閉じる。なお、図２１（ａ），（ｂ），図２２の構成の場合、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの先端の空気噴出孔は、Ｖ溝状凹部１９１の斜面を向いていることが望ましい。よって、Ｖ溝状凹部１４の長手方向を向いている空気噴出孔は、塞ぐことも可能である。

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。

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。

また、鏡筒１０１の径は、図４のように先端の対物レンズ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配置する。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。

撮像部２５とレーザＡＦ部３０は、撮像部２５の焦点位置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とは焦点位置１０５で交差している。

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。

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。

また、筐体１１には、測定ヘッド１０がＹ軸移動部１６により移動される範囲で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。

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。

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。

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、図８のように筐体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が防塵シート１４を引っ張る応力の大きさは、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。

また、筐体１１の外側は、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、安全カバー５１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。

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。

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。

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。

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１０の焦点位置１０５を測定対象に一致させる。

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位置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。

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。

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に駆動を指示し、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。

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。

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。

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。

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の出力画像上の中心座標を、この中心座標に対応するＸＹＺカウンタ５６の出力座標（ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の座標系ＸＹＺ）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ＸＹＺ座標に変換し、画像処理部１１１上の出力画像中の所望箇所間の寸法を求める処理を行う。また、寸法測定演算処理部６４は、レーザＡＦ部３０により焦点位置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位置１０５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。

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。

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の構造について図９を用いてさらに詳しく説明する。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。

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。

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。

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。

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。

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ＡＦ部３０による測定を行うことができる。ここでレーザＡＦ部３０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。

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の焦点位置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）、焦点位置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で読み取り、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。

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）、対象物の焦点位置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で読み取り、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。

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。

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。

つぎに、レーザＡＦ部３０を用いる別の測定の例として、ＦＯＵＰ型キャリア１８の前面１８ａの開口の縁の面について、フェイシャル基準面１４２からの距離と平行度を測定する例について説明する。この測定は、キネマティックプレート２０の前側側面１５２が、フェイシャル基準面１４２と平行であり、しかもキャリア１８の前面１８ａと一致していることを利用して行う。測定は、メモリ６７に予め格納されている図１８に示したようなフローのプログラムを寸法演算処理部６４が実行することにより行う。図１８のフローでは、図１７のａ〜ｊ点についてＹ座標がレーザＡＦ部３０により精密測定されるが、測定ヘッド１０の焦点位置１０５をａ〜ｊ点の移動するために必要なＸＹＺ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。

図１８のように、寸法測定演算処理部６４は、キネマティックプレート２０上にＦＯＵＰ型キャリア１８が配置されていることを前述の図２０や図２１の制御部２０１の出力により確認する（ステップ１７１）。そして、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の焦点位置１０５を、キネマティックプレート２０の前側側面１５２のａ点とｂ点に移動させ、レーザＡＦ部３０によりａ点とｂ点のＹ軸座標をそれぞれ測定する（ステップ１７２）。測定値は測定結果管理部６５に格納する。つぎに、このａ点とｂ点のＹ軸座標の位置で、ＸＹＺカウンタ５６のＹカウンタを０にリセットする。なお、Ｘ軸移動部１５のＸ軸方向は、図２３〜図２７を用い後で説明するＸＹＺ軸の軸方向の調整により前側側面１５２と平行に正確に調整されているので、ａ点とｂ点のＹ軸座標は一致している。

寸法測定演算処理部６４は、測定ヘッド１０をｃ点〜ｊ点に順に移動させ、レーザＡＦ部３０によりＹ軸座標をそれぞれ測定する（ステップ１７４〜１７７）。これにより、リセットした前側側面１５２からのｃ点〜ｊ点のＹ軸方向の位置が測定される。測定結果と予め定めた位置許容値（±０．５ｍｍ）とを比較し（ステップ１７８）、許容値以内であれば合格、許容値外であれば不合格であると判定する（ステップ１８０，１８１）。また測定したｃ点〜ｊ点のＹ軸方向の位置およびｃ点〜ｊ点のＸＹ座標を用いて、最小二乗平面を算出し、この算出した平面とフェイシャル基準面１４２との平行度を算出する（ステップ１８２，１８３）。上記ｃ点〜ｊ点のＹ軸方向の位置、判定結果、および平行度は、測定結果管理部６５に格納するとともに、ＣＲＴ７０に表示する。

このように、本実施の形態の形状測定機は、キネマティックプレート２０の前側側面１５２を、キャリア１８のフェイシャル基準面１４２と平行な面としているため、キャリア１８の前面１８ａの平面度をキャリア１８のフェイシャル基準面１４２を基準として測定することができる。これにより、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの配置を検出することなく、フェイシャル基準面１４２を基準とする測定を行うことができる。したがって、実際にキャリア１８が用いられている半導体デバイスの製造工程でのキャリア姿勢をフェイシャル基準面１４２を基準として正確に把握することができるという効果が得られる。さらに、キネマティックプレート２０の前側側面１５２の位置が、キャリア１８の前面１８ａの設計上の目標位置と一致している場合には、前側側面１５２に対する前面１８ａの偏差を測定するという簡単な方法で、前面１８ａの測定を行うことが可能である。図１６で示したキャリア１８の左側側面１８ｂを測定する際にも、左側側面１８ｂの設計上の目標位置を表す左側側面１５３を用意すれば、同様に両者の偏差を測定する方法によって、左側側面１８ｂの測定を行うことも可能である。このようにキネマティックプレート２０に、設計上の目標値を表す形状を形成することにより、キャリア１８の基準面を意識することなく測定を行うことが可能である。

また、キネマティックプレート２０は、フェイシャル基準面１４２のみならず水平基準面１４１およびバイラテラル基準面１４３と平行な面も有する構成であるので、同様に、これらを基準面として、キャリア１８の形状を測定することにより、水平基準面１４１やバイラテラル基準面１４３に基づいた測定を容易に行える。したがって、実際にキャリア１８が用いられる半導体デバイスの製造工程で、キャリアに収納されたウエハのロボットアームによるローディングおよびアンローディングの信頼性の保証や、ＦＯＵＰ型キャリア１８のドア９２の開閉の信頼性の保証や、キャリア１８の縁の面１８ａを密着させるロードポートとのシール性の保証が可能になる。

つぎに、レーザＡＦ部３０を用いるさらに別の測定の例として、ＦＯＵＰ型キャリア１８に収納されたウエハ９７の前縁形状から、収納状態のウエハ９７の中心のＸＹ座標を求める測定について説明する。この測定も、メモリ６７に予め格納されている図２９のフローのようなプログラムを寸法測定演算処理部６４が実行することにより行う。図２９のフローでは、測定点としてａ，ｂ，ｃの３点が用いられるが、ａ〜ｃ点に測定ヘッド１０を移動させるために必要なＸＹＺ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による撮像で測定した座標か、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。まず、測定ヘッド１０をａ点に移動させ、レーザＡＦ部３０によりＹ座標を高精度に測定することにより、ａ点の座標値（Ｘ１，Ｙ１，Ｚ１）を得る（ステップ２９１、２９２）。同様にｂ点、ｃ点についてもレーザＡＦ部３０を用いて測定したｂ点の座標値（Ｘ２，Ｙ２，Ｚ２）、ｃ点の座標値（Ｘ３，Ｙ３，Ｚ３）を測定する。測定したａ〜ｃ点座標値のうち、Ｘ座標値とＹ座標値を円の公式（Ｘｉ−Ｘ０）²＋（Ｙｉ−Ｙ０）²＝Ｒ²（ただし、ｉ＝１，２，３）に代
入し、中心座標値（Ｘ０，Ｙ０）を算出する（ステップ２９５）。これにより、キャリア１８に収容された状態のウエハ９７の中心のＸＹ座標（Ｘ０，Ｙ０）を算出することができる。

また、ウエハ９７の中心座標の高さ（Ｚ座標Ｚ０）は、図３０（ａ）のように左右のティース９３について直接測定した座標値からウエハ９７に自重撓みが無いとした場合の収納ウエハの想定高さＴｃを求め、これにウエハ９７の自重撓みを加えることにより求めることができる。ウエハ９７の自重撓みとは、ウエハ９７の直径、厚さ、材質により定まる撓み量であり、計算により求めることができる。想定高さＴｃは、図３１のようにフェイシャル基準面１４２位置で左右のティース９３の端部について測定した高さ（Ｚ座標）ＴＬ、ＴＲを数式Ｔｃ＝（ＴＲ＋ＴＬ）／２に代入することにより算出することができる。また、収容ウエハ９７の想定傾きθは、θ＝ｔａｎ^-1（（ＴＲ−ＴＬ）／Ｗ）（ただし、Ｗは、左右のティース９３の間隔である）により算出することができる。想定高さＴｃ、想定傾きθは、多段に配置されたティース９３の各段毎に求めることができる。これにより、収納されているウエハ９７ごとに中心座標の高さを求めることができる。

また、キャリア１８がＦＯＵＰ型ではなくオープンタイプの場合には、図３２のようにティース９３の前縁の高さＴＦと後縁の高さＴＢとを測定することができる。これを数式Ｔｃ’＝（ＴＦ＋ＴＢ）／２に代入することにより、ティース９３の前後方向中央の想定高さＴｃ’を算出することができる。同様にティース９３の想定傾きθ’は、θ’＝ｔａｎ^-1（（ＴＲ−ＴＬ）／Ｌ）（ただし、Ｌは、ティース９３の前後の長さである）により算出することができる。また、ティース９３上のウエハ９７の中心高さは、図３０（ｂ）のように、ウエハ９７がティース９３に沿って自重で撓むことを考慮することにより求めることができる。

つぎに、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７のＸＹＺ移動軸を、ＦＯＵＰ型キャリア１８のｘｙｚ軸と平行にする調整について説明する。ＦＯＵＰ型キャリア１８のｘｙｚ軸は、図１４に示したように、キャリア１８の前面の左隅を原点とし、水平基準面１４１、フェイシャル基準面１４２、バイラテラル基準面１４３に基づいて定められる軸である。ｘ軸は、フェイシャル基準面１４２と水平基準面１４１との交線に平行であり、ｙ軸は、バイラテラル基準面１４３と水平基準面１４１との交線に平行であり、ｚ軸は、フェイシャル基準面１４２とバイラテラル基準面１４３の交線に平行である。ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７のＸＹＺ移動軸をキャリア１８のｘｙｚ軸に平行に調整しておくことにより、キャリア１８および収容されているウエハの形状および姿勢を、ｘｙｚ軸に基づいて正確に把握することができる。また、キャリア１８の形状は、ｘｙｚ軸に平行な部分が多いため、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の１軸または２軸を移動するだけで、測定ポイントを撮像部２５とレーザＡＦの焦点深度内に測定ポイントを収めることが可能になり、測定時間を短縮することも可能になる。

ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７のＸＹＺ移動軸を、キャリア１８のｘｙｚ軸と平行にする調整動作について、図２３〜図２７を用いて説明する。ホストコンピュータ１１３のメモリ６７には、予め図２６および図２７のフローに示したプログラムが格納されている。寸法測定演算処理部６４は、このプログラムを読み込んで実行することにより、上記調整をおこなう。まず、寸法測定演算処理部６４は、測定ヘッド１０の先端に変位計２３１を取り付けるようオペレータに促す表示をＣＲＴ７０に表示する（ステップ２６１）。オペレータは、図２３のように変位計２３１を取り付ける。このとき、変位計２３１のセンサの軸が、測定ヘッド１０の光軸１０３と一致するように取り付ける。変位計２３１の出力は、変位計表示器２３２に表示されるとともに、寸法測定演算処理部６４に入力される。オペレータは、ジョイスティックユニット７１のジョイスティックを操作して、変位計２３１のセンサの先端をプレート２０の前側側面１５２まで移動させる。寸法測定演算処理部６４は、Ｘ軸移動部１５を動作させて測定ヘッド１０をＸ方向に移動させながら、そのときの変位計２３１の出力を取り込む（ステップ２６３）。プレート２０の前側側面１５２はすでに述べたようにフェイシャル基準面１４２と平行であるため、これによりＸ軸のＹ軸方向への傾斜量を検出できる。つぎにオペレータは、ジョイスティックを操作して、変位計２３１のセンサの先端をプレート２０の上面１５１まで移動させる。寸法測定演算処理部６４は、Ｘ軸移動部１５を動作させて測定ヘッド１０をＸ方向に移動させながら、そのときの変位計２３１の出力を取り込む。プレート２０の上面１５２は水平基準面１４１と平行であるため、これによりＸ軸のＺ軸方向への傾斜量を検出できる。

寸法測定演算処理部６４は、取り込んだ変位の値からＸ軸移動部１５のＸ軸について前側側面１５２および上面１５１に対する平行度を求め、平行であれば、補正値０としてステップ２６５へ進み、平行でなければＸ軸のＹ軸およびＺ軸方向への傾斜量をキャンセルするための補正値（傾斜量）をそれぞれ作成してからステップ２６５ｃへ進む（ステップ２６４，２６５ａ，２６５ｂ）。寸法測定演算処理部６４は、作成した補正値を内蔵するメモリに格納し、それ以降の調整および寸法測定動作のためにＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７を移動する際には、常にこの補正値を考慮して、移動量を制御することにより、Ｘ方向の移動をＦＯＵＰ型キャリア１８のｘ軸と平行に調整することができる。

つぎに、ステップ２６５ｃでは、オペレータが変位計２３１のセンサの先端をプレート２０の横側側面１５３と上面１５２とにそれぞれ移動させ、寸法測定演算処理部６４は、その都度Ｙ軸移動部１６を動作させて測定ヘッド１０をＹ方向に移動させながら、変位計２３１の出力を取り込む。これにより、Ｙ軸のＸ軸方向への傾斜量とＺ軸方向への傾斜量とを検出できる。寸法測定演算処理部６４は、取り込んだ変位の値からＹ軸移動部１６のＹ軸の横側側面１５３および前側側面１５２に対する平行度を求め、平行であれば、補正値０とし、平行でなければＹ軸のＸ軸およびＺ軸方向への傾斜量をキャンセルするための補正値（傾斜量）を作成する。寸法測定演算処理部６４は、作成した補正値を内蔵するメモリに格納し、これ以降にＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７を移動する際にはこの補正値を考慮して、移動量を制御することにより、Ｙ方向の移動をＦＯＵＰ型キャリア１８のｙ軸と平行に調整することができる。

つぎに、ステップ２７０、２７１では、オペレータに直角治具２５０をプレート２０の上面に搭載するように促す表示を行う。オペレータは、図２４のように、直角治具２５０の互いに直角な側面２５１，２５２が、バイラテラル基準面１４３とフェイシャル基準面１４２に一致するようにプレート２０上に載置する。直角治具２５０は、図２５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のような形状であり、上面２５３および下面２５４は、側面２５１，２５２に対して直角であり、しかも、側面２５１と側面２５２は互いに直角である。そして、オペレータのジョイスティック操作により、変位計２３１の先端が直角治具２５０の前側側面２５２を測定する位置まで測定ヘッド１０を移動させる（ステップ２７２）。寸法測定演算処理部６４は、この状態でＺ軸移動部１７を動作させて測定ヘッド１０をＺ方向に移動させながら、変位計２３１の出力を取り込む（ステップ２７３）。これにより、Ｚ軸のＹ軸方向への傾斜量を検出する（ステップ２７４）。そして、傾斜量を補正するためにＺ軸移動部１７のレール１７ａをＹ軸方向に傾斜させるべき量をＣＲＴ７０に表示して、オペレータに調整を促す（ステップ２７５）。オペレータは、レール１７ａのねじを調整して、レール１７ａの軸方向をＹ軸方向に傾斜させ調整する。

同様にステップ２７６〜２７９では、変位計２３１の先端が直角治具２５０の横側側面２５１を測定するようにし、Ｚ軸移動部１７を動作させて測定ヘッド１０をＺ方向に移動させながら、変位計２３１の出力を取り込む。そして、Ｚ軸のＸ軸方向への傾斜量を検出し、傾斜量を補正するためにＺ軸移動部１７のレール１７ａをＸ軸方向に傾斜させるべき量をＣＲＴ７０に表示して、オペレータに調整を促す。オペレータは、レール１７ａのねじを調整してレール１７ａの軸方向をＸ軸方向に傾斜させ調整する。これによりＺ軸移動部１７のＺ方向をＦＯＵＰ型キャリア１８のｚ軸に平行に機械的に調整することができる。

以上の動作により、ＸＹＺ軸移動部１６，１７，１８のＸＹＺ軸を、ＦＯＵＰ型キャリア１８のｘｙｚ軸に平行に調整することができる。なお、ここでは、Ｘ軸Ｙ軸の調整を寸法測定演算処理部６４のソフト上の補正により調整し、Ｚ軸を機械的に調整しているが、ＸＹＺ軸をすべてソフト上の補正により調整することも可能であるし、ＸＹＺ軸をすべてレール１５ａ，１６ａ，１７ａの軸調整により機械的に調整することも可能である。

つぎに、本発明の第２の実施の形態のキャリア形状測定機について説明する。第２の実施の形態では、測定ヘッド１０の焦点位置１０５と測定ヘッド１０の先端との距離、すなわち作動距離が、図３３（ａ）のようにキャリア１８の前面１８ａとティース９３の前端との距離よりも長くなるように設計されている。他の構成は、第１の実施の形態と同じにする。測定ヘッド１０の先端とは、最も測定対象側の端部をいう。図４の構成の場合、リング状鏡筒１０２の窓３９、４０が測定ヘッド１０の先端となる。作動距離は、対物レンズ２４、集光レンズ２８、２９等のレンズ系の焦点距離およびレーザＡＦ部３０の光軸１０４の向きを設計することにより、長くすることができる。作動距離をキャリア１８の前面１８ａとティース９３の前端との距離よりも長くすることにより、キャリア１８の前面１８ａ付近に測定ヘッド１０を配置しながら、ティース９３の前端を直接測定できるため、キャリア１８の前面１８ａとティース９３との距離等を精度良く測定することができる。

また、図３３（ｂ）のように測定ヘッド１０の作動距離をさらに長くする設計を行い、作動距離をロボティックハンドル９４の基部と前面１８ａとの距離よりも長くすることもできる。この場合、キャリア１８の前面１８ａとロボティックハンドル９４の基部との距離等を精度良く測定することができる。

このように、測定ヘッド１０の作動距離を長く設計することにより、直径３００ｍｍのウエハ９７を収納するキャリア１８のように大型のキャリアについても、形状や大きさを光学的手法で測定できるため、精度の良い測定を行うことができる。

つぎに、本発明の第３の実施の形態の形状測定機について説明する。第１の実施の形態では、キネマティックプレート２０は、キャリア１８の開口を測定ヘッド１０に対向させる向きに固定されていたが、第３の実施の形態では、キネマティックプレート２０の向きを回転させて取り付けることができる構成とする。この他の構成は、第１の実施の形態と同じにする。具体的には、図３４（ａ）のようにキネマティックプレート２０に、キネマティックプレート２０の中心に対して回転対称な位置に配置された４つのボルト通し穴３４６を設ける。また、キネマティックプレート２０の角の一箇所に突起３４７を設ける。一方、ステージ１２には、図３４（ｅ）のように４つのボルト通し穴３４６に対応する位置にねじ穴を設けている。これにより、固定ボルト３４８をボルト通し穴３４６に通してねじ穴３４５に固定することにより、キネマティックプレート２０を図３４（ａ）〜（ｄ）のうちのいずれの向きであっても、ステージ１２に固定することができる。ステージ１２の側面には、突起３４７を検出するためのスイッチ３４１〜３４４が四方に配置されている。

したがって、キャリア１８の前面、すなわち図１４のＦＯＵＰ型キャリア１８のｘｚ面を測定したい場合には、図３４（ａ）の向きでキネマティックプレート２０をステージ１２に固定することにより、搭載されるキャリア１８の前面を筐体１１側に向けることができる。図３４（ａ）の向きのキネマティックプレート２０の突起３４７は、スイッチ３４１で検出される。よって、スイッチ３４１が突起３４８を検出した場合には、キネマティックプレート２０がキャリア１８の前面測定の向きであることが検知される。スイッチ３４１の出力信号は、後述する座標変換器３５１で座標変換に用いられる。同様に、キャリア１８の左側面（キャリア１８のｘｙｚ座標系（図１４）で−ｙｚ面）を測定したい場合には図３４（ｂ）の向きに、背面（−ｘｚ面）を測定したい場合には図３４（ｃ）の向きに、キャリアの右側面（ｙｚ面）を測定したい場合には図３４（ｄ）の向きにキネマティックプレート２０をステージ１２に搭載する。

このようにキネマティックプレート２０の向きを回転させて取り付けることにより、ピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃにキャリア１８を搭載するだけで、正確にキャリア１８の向きを所望の向きに向けて、その向きから形状測定することができる。したがって、キャリア１８の全体の形状を高精度に測定することが可能となる。これにより、人力搬送が困難で自動搬送が必要な大型のキャリア１８について、全体形状を精度良く測定できるため、自動搬送の動作信頼性を保証することができる。

また、キネマティックプレート２０の向きの回転は、キャリア１８の搭載前に行う。これにより、回転によりキャリア１８や収納されたウエハに衝撃を与えるおそれはなく、キャリア１６やウエハの姿勢が崩れることはない。よって、どの向きでもキネマティックカップリングにより位置決めされた状態のキャリア１８の姿勢を高精度に測定できるという効果が得られる。

なお、図３４（ａ）〜（ｄ）のようにキネマティックプレート２０を回転させて配置した場合には、ＣＣＤカメラ２２の画像上の座標系（ｘM、ｙM）（図３６（ｂ）参照）が、キャリア１８のｘｙｚ座標系では図３４（ａ）の配置の場合はｘｚ平面に対応し、図３４（ｂ）の配置の場合−ｙｚ面に対応し、図３４（ｃ）の配置の場合−ｘｚ面に対応し、図３４（ｄ）の配置の場合ｙｚ面に対応する。このため、寸歩測定演算処理部６４が、ＣＣＤカメラ２２の画像の中心座標と、その中心座標を示すＸＹＺカウンタ５６の座標ＸＹＺ（ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の機械座標ＸＹＺ）とを重ね合わせて画像上の各画素の座標を求める前に、座標軸を変換しなければならない。本実施の形態では、図３５のように画像処理部１１１とホストコンピュータ１１３との間に、座標軸変換器３５１を配置している。座標軸変換器３５１は、スイッチ３４１〜３４４の出力が入力され、この出力によりキネマティックプレート２０が図３４（ａ）〜（ｄ）のどの向きであるかを検出し、その結果に応じて、画像処理部１１１の出力画像の座標とＸＹＺカウンタ５６の出力座標とを座標変換して寸法測定演算処理部６４に受け渡す。

具体的には、座標軸変換器３５１がスイッチ３４１から出力信号を受け取った場合には、ｘｚ面（開口面）がＣＣＤカメラ２２により撮影される向きに搭載されているので、ＣＣＤカメラ２２の画像上の座標軸ｘM、ｙMを、座標軸ｘ、ｚに変換する（図３６（ａ））。例えば、図３５の画像３５１のような画像がＣＣＤカメラ２２により撮像された場合、画像３５１上の点はＣＣＤカメラ２２の出力画像上の座標軸ｘM、ｙMにより２次元で表され、これにｚを付加して３次元とすると、ｐ０３という点の座標は（ｘM，ｙM，ｚ）＝（５，２４，ｚ）である。このｘMｙM面がキャリア１８の軸ではｘｚ平面に対応するからｘMをｘに、ｙMをｚに対応させる座標変換を座標軸変換器３５１が行い、ｐ０３の座標を（５，ｙ，２４）に変換する（図３５の画像３５２を参照）。

また、座標軸変換器３５１がスイッチ３４２から出力信号を受け取った場合には、−ｙｚ面（左側面）がＣＣＤカメラ２２により撮影されている向きに搭載されているので、ＣＣＤカメラ２２の画像上の座標軸ｘM、ｙMのｘMを−ｙに、ｙMをｚに変換する（図３６（ａ））。よって例えば、変換前の（５，２４，ｚ）という座標は（ｘ、−５，２４）に変換される。同様に、座標軸変換器３５１がスイッチ３４３から出力信号を受け取った場合には、−ｘｚ面（背面）がＣＣＤカメラ２２により撮影されているので、ＣＣＤカメラ２２の画像上の座標軸ｘM、
ｙMのｘMを−ｘに、ｙMをｚに変換する。よって例えば、変換前の（５，２４，
ｚ）という座標は（−５，ｙ，２４）に変換される。また、座標軸変換器３５１がスイッチ３４４から出力信号を受け取った場合には、ｙｚ面（右側面）がＣＣＤカメラ２２により撮影されているので、ＣＣＤカメラ２２の画像上の座標軸ｘM、ｙMのｘMをｙに、ｙMをｚに変換する。よって例えば、変換前の（５，２４，ｚ）という座標は（ｘ，５，２４）に変換される。

一方、座標軸変換器３５１は、ＸＹＺカウンタ５６の出力座標も変換する。測定ヘッド１０に対向する面をＸＹＺカウンタ５６の軸で表すとＸＺ面であるが、実際に測定ヘッド１０に対向している面は、スイッチ３４１が出力しているときにキャリア１８のｘｙｚ軸ではｘｚ面、スイッチ３４２が出力しているときには、−ｙｚ面、スイッチ３４３が出力しているときには−ｘｚ面、スイッチ３４４が出力しているときにはｙｚ面である（図３６（ａ）参照）。よって、座標軸変換器３５１は、ＣＣＤカメラ２２の画像の中心位置を示すＸＹＺカウンタ５６の座標を、キャリア１８の座標軸に変換して寸法測定演算処理部６４に受け渡す。スイッチ３４１が出力している場合には、変換前のＸＺ面をキャリア１８のｘｚ面の座標の画像３５４に変換する（図３５の画像３５３，３５４参照）。よってこの場合は、実質的な座標系の変更はなく、ＣＣＤカメラ２２の画像の中心位置を示すＸＹＺカウンタ５６の座標（１３０，Ｙ，２１０）を（１３０，ｙ，２１０）に変換して寸法測定演算処理６４に受け渡す。同様に、スイッチ３４２が出力している場合には、座標変換器３５１は、ＸＹＺカウンタ５６の座標（１３０，Ｙ，２１０）を（ｘ，−１３０，２１０）に変換し、スイッチ３４３が出力している場合には（−１３０，ｙ，２１０）に変換し、スイッチ３４３が出力している場合には（ｘ，１３０，２１０）に変換する。

寸法測定演算処理部６４では、座標軸変換器３５１から受け取った座標軸変換後のＣＣＤカメラ２２の出力画像３５２上の中心座標（０，ｙ，０）が、その位置を表すＸＹＺカウンタ５６の座標を変換した座標（１３０，ｙ，２１０）に重ね合わせる演算を行い、画像３５２の各画素の座標を算出する。算出後の座標は図３５の画像３５５のようになる。寸法測定演算処理部６４は、画像３５５上の各点の座標を用いて、画像３５５に示される形状の横幅や縦幅の計算を図３５のように行う。

このように、第３の実施の形態では、座標軸変換器３５１を配置したことにより、キネマティックプレート２０を回転させた場合にも、キャリア１８の向きの座標に合わせて、形状を測定することができる。

なお、第３の実施の形態では、座標軸変換器３５１により変換した座標を用いて寸法演算を行う構成であったが、寸法を求めたい部分が、ＣＣＤカメラ２２の一つの画像、すなわち一画面内に収まっている場合には、座標変換することなく、ＣＣＤカメラ２２の出力する画像上での座標を用いて寸法演算することができる。例えば、図３５の計算式３５４に示したように計算を行うことにより、ＣＣＤカメラ２２の一画面内の測定対象物の縦幅および横幅を求めることができる。

つぎに、本発明の第４の実施の形態の形状測定機について説明する。第４の実施の形態の形状測定機は、第３の実施の形態と同様にキネマティックプレート２０を回転可能な構成である。第３の実施の形態では固定ボルト３４８を締め直して回転させる構成であったのに対し、第４の実施の形態では、図３７のようにステージ１２が回転テーブル３７２と回転テーブルを回転させる駆動部３７３とを含む構成とする。回転テーブル３７２には、キネマティックプレート２０をねじ止めするための４つのねじ穴３７４が設けられている。このねじ止めにより、キネマティックプレート２０の３つのピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃの中心（すなわち、フェイシャル基準面１４２とバイラテラル基準面１４３との交点）が回転テーブル３７２の回転中心３７５と位置合わせされ、キネマティックプレート２０が回転テーブル３７２上に固定される。駆動部３７３には、回転駆動制御部３７１が接続される。また、駆動部３７３には、回転テーブル３７２の回転角度を検出する検出部を備えられている。回転駆動制御部３７１は、オペレータの指示を入出力部１１４およびホストコンピュータ１１３を介して受け取り、駆動部３７３に回転指示を出力し、９０度ごとに回転テーブル３７２を回転させる。これにより、図３４（ａ）〜（ｄ）と同様にキャリア１８の前面測定用、左側面測定用、背面測定用、右側面測定用の４つの向きにキネマティックプレート２０を向けることができる。よって、キャリア１８をキネマティックプレート２０に搭載する前に、オペレータが所望する向きにキネマティックプレート２０を向けておくことにより、第３の実施の形態と同様にキャリア１８を所望の向きに搭載して、キャリア１８の全体形状を測定することができる。

なお、回転駆動制御部３７１からは、回転テーブル３７２の回転角度情報が座標軸変換器３５１に入力される。座標軸変換器３５１は、回転角度情報からキネマティックプレート２０の向きを検知し、第３の実施の形態と同様に座標軸の変換を行う。

つぎに、第５の実施の形態の形状測定機について説明する。第５の実施の形態の形状測定機も第３，第４の実施の形態と同様にキャリア１８の搭載向きを四方向に変換可能な構成であるが、本実施の形態では、キネマティックプレート２０の向きを回転させることなく、複数のキネマティックカップリングピンのうちの一つを選択的に突出させることにより、キネマティックカップリングピンの向きを変更し、キャリア１８の搭載向きを変換する。すなわち図３８に示すように、キネマティックプレート２０には４組のキネマティックカップリングピン２０ａ〜２０ｉが配置されている。このうちピン２０ａ，２０ｂ、２０ｃは、図３４（ａ）と同じくキャリア１８の前面測定用のキネマティックカップリングピンである。また、ピン２０ｄ，２０ｅ，２０ｆは、図３４（ｂ）と同じくキャリア１８の左側面測定用のキネマティックカップリングピンである。ピン２０ｇ，２０ｈ，２０ｉは、図３４（ｃ）と同じくキャリア１８の背面測定用のキネマティックカップリングピンである。ピン２０ｊ、２０ｋ、２０ｌは、図３４（ｄ）と同じくキャリア１８の右側面測定用のキネマティックカップリングピンである。

これらピン２０ａ〜２０ｌは、いずれもプレート２０から出没可能な構成となっている。具体的には、図３９（ａ），（ｂ）に示すように、ピン２０ａ〜２０ｌはプレート２０に設けられた貫通孔３９４内に配置されている。貫通孔３９４のプレート２０の裏面側の開口には、ピン２０ａ〜２０ｌを押し上げるための突き出し棒３９２と突き出し棒３９２を出没させる駆動源３９３が配置されている。駆動源３９３としては、ソレノイドやエアシリンダ等を用いることができる。また、ピン２０ａ〜２０ｌには、戻しバネ３９１が巻かれている。駆動源３９３は、図３８のピン上下駆動制御部３８１に接続されている。

この構成では、ピン上下駆動制御部３８１が突出させたいキネマティックカップリングピン（例えばピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の駆動源３９３に突出を指示する信号を出力すると、駆動源３９３は突き出し棒３９２を突出させ、図３９（ｂ）の状態とする。これにより、そのピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、プレート２０の貫通孔３９４から主平面上に突き出される。また、突出しているピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃを収納する際には、ピン上下駆動制御部３８１が駆動源３９３に収納を指示する信号を出力する。これにより、突き出し棒３９２は、駆動源３９３に引き込まれ、戻しバネ３９１のバネ力により図３９（ａ）のようにピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃが貫通孔３９４内に収納される。

ピン上下駆動制御部３８１は、オペレータからキャリア１８の搭載向きを指定する指示を入出力部１１４およびホストコンピュータ１１３を介して受け取り、その向きに応じて４組のキネマティックカップリングピンのうちの１組のみを突出させ、他の３組のキネマティックカップリングピンはプレート２０内に収納する。オペレータの指示した搭載向きが、キャリア１８の前面測定用の向きである場合には、４組のピンのうちピン２０ａ，２０ｂ、２０ｃの組を突出させる。また、オペレータの指示した搭載向きが、キャリア１８の左側面測定用の向きである場合には、ピン２０ｄ，２０ｅ，２０ｆの組を突出させる。オペレータの指示した搭載向きが、キャリア１８の背面測定用の向きである場合には、ピン２０ｇ，２０ｈ，２０ｉの組を突出させる。オペレータの指示した搭載向きが、キャリア１８の右側面測定用の向きである場合には、ピン２０ｊ、２０ｋ、２０ｌの組を突出させる。

これにより、図３４（ａ）〜（ｄ）と同様にキャリア１８の前面測定用、左側面測定用、背面測定用、右側面測定用の４種類の配置でピン２０ａ〜２０ｌを突出させることができる。よって、キャリア１８をキネマティックプレート２０に搭載する前に、オペレータが所望する搭載配置に応じたピン２０ａ〜２０ｌの組を突出させておくことにより、第３、第４の実施の形態と同様にキャリア１８を所望の向きに搭載でき、キャリア１８の全体形状を測定することができる。

なお、ピン上下駆動制御部３８１からは、ピン２０ａ〜２０ｌのうちどの組のピンを突出させたかが座標軸変換器３５１に入力される。座標軸変換器３５１は、突出させたピンの組からキャリア１８が搭載される向きを検知し、第３、第４の実施の形態と同様に座標軸の変換を行う。

上述した第１の実施の形態では、キネマティックプレート２０が図１５のように水平基準面１４１、フェイシャル基準面１４２，バイラテラル基準面１４３に平行な面１５１，１５２，１５３等を有する構成とし、これらの面１５１，１５２，１５３を利用してＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の軸方向の調整をした（図２６，図２７）。しかしながら、キネマティックプレート２０を基準面１４１，１４２，１４３に平行な面を有さない構成にすることもできる。この場合も、図４２，図４３に示すような直角治具４１０を用いることにより、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７の軸方向の調整を行うことができる。

直角治具４１０は、プレート部４１１とプレート部４１１の上面に固定された直角柱部４１２とを有する。プレート部４１１の裏面には、プレート２０に搭載された際にピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃのキネマティックカップリングするＶ溝状凹部４２１ａ，４２１ｂ，４２１ｃが設けられている。また、プレート部４１１の上面４１６は、キネマティックカップリングよりプレート２０に搭載された状態で、水平基準面１４１と平行な面になるように形成されている。また、プレート部４１１の前側（筐体１１側）の側面４１５は、フェイシャル基準面１４２と平行となるように形成され、横側側面４１７は、バイラテラル基準面１４３と平行となるように形成されている。直角柱部４１２は、互いに直角な側面４１３，４１４が、フェイシャル基準面１４２とバイラテラル基準面１４３に対して一致するように配置されている。

この直角治具４１０を用いて、ＸＹＺ軸移動部１５，１６，１７のＸＹＺ軸を軸調整する手順を図４０、図４１のフローを用いて簡単に説明する。軸調整の手順は、第１の実施の形態の図２６，図２７のフローと基本的には同じであるが、ステップ２６１の次に直角治具４１０をキネマティックプレート２０の上に搭載するという点が異なる。というのは、キネマティックプレート２０が基準面１４１，１４２，１４３に平行な面を有していないため、最初に直角治具４１０を搭載し、直角治具４１０の面４１５，４１６、４１７を用いてＸＹ軸の軸調整を行う必要があるためである。よって、図４０のステップ４６２〜４６９までの各ステップは、図２６のステップ２６２〜２６９までの各ステップの動作と基本的には同じであるが、図２６のフローではプレート２０の前側側面１５２，上面１５１，横側側面１５３を用いたステップで、図４０のフローでは直角治具４１０の前側側面４１５，上面４１６，横側側面４１７を用いる点が異なっている。これら図４０の各ステップによりＸＹ軸移動部１５，１６のＸ軸、Ｙ軸の調整を補正値によりソフト的に行うことができる。同様に図４１のフローのステップ４７２〜４７９は、図２７のフローのステップ２７２〜２７９と基本的に同じであるが、図２７のフローではプレート２０の前側側面２５２、横側側面４１３を用いているステップで、図４０のフローでは直角治具４１０の前側側面４１４，横側側面４１３を用いる点が異なっている。これら図４１の各ステップによりＺ軸移動部１７のＺ軸の調整を機械的に行うことができる。

また、第１の実施の形態の形状測定機では、キネマティックカップリングによりキャリア１８を支持するために、ステージ１２の上にキネマティックプレート２０を搭載しているが、にステージ１２の上面に直接キネマティックカップリングピン２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設ける構成することも可能である。

上述してきたように、本発明の第１〜第５の実施の形態の形状測定機は、ステキネマティックプレート２０により、キネマティックカップリングによりキャリア１８を支持および位置決めした状態でキャリア形状を測定することができるため、半導体デバイス製造ラインでのキャリア姿勢を再現して、キャリアとウエハの形状および姿勢を精度良く測定できる。

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…キネマティックカップリングピン、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、１４１…水平基準面、１４２…フェイシャル基準面、１４３…バイラテラル基準面、１５１…上面、１５２…前側側面、１５３…横側側面、１９１…Ｖ溝状凹部、１９２…隙間、２０１…制御部、２０４…振動素子、２０５ａ，２０５ｂ…光電スイッチ、２１１…多孔質の先端部、２１２…供給管、２１３…分岐路、２１４…流路、２３１…変位計、２５０…直角治具、３４１，３４２，３４３，３４４…スイッチ、３４５…ねじ穴、３４６…ボルト通し穴、３４７…突起、３７２…回転テーブル、３７３…駆動部、４１０…直角治具

Claims (5)

1. 測定対象であるキャリアの形状を測定する測定部と、
   前記測定部を移動させる移動部と、
   前記キャリアとキネマティックカップリングするキネマティックカップリングピンを有し、前記キネマティックカップリングにより支持される前記キャリアについて定まる基準面と一致するもしくは平行な面を有するステージと、
   前記測定部を前記基準面と平行に移動させるよう前記移動部を制御する制御部と、を備え、
   前記測定部は、前記ステージの基準面と一致するもしくは平行な面を基準として、前記キャリアの形状を測定すること
   を特徴とするキャリア形状測定機。
2. 請求項１に記載のキャリア形状測定機において、
   前記ステージは、前記キネマティックカップリングにより支持された前記キャリアについて定まる水平基準面、フェイシャル基準面、バイラテラル基準面のうちの少なくとも一つと一致する面もしくは平行な面を有すること
   を特徴とするキャリア形状測定機。
3. 請求項１に記載のキャリア形状測定機において、
   予め定められた配列で配置された前記キネマティックカップリングピンの前記配列を維持したまま、前記キネマティックカプリングピンの配列の向きを変更可能であること
   を特徴とするキャリア形状測定機。
4. 請求項３に記載のキャリア形状測定機において、
   前記ステージは、前記キネマティックカップリングピンが供えられたプレートと、該プレートを回転可能な回転部と、を有すること
   を特徴とするキャリア形状測定機。
5. 請求項４に記載のキャリア形状測定機において、
   該プレートの向きを検出する検出部を有すること
   を特徴とするキャリア形状測定機。

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