JPH08320389A - 測定ステージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡単な構成で、測定対象物を高速で搬送する
ことができ、しかも搬送してきた位置で測定対象物を上
下方向に正確に位置決めすることができる測定ステージ
を提供する。 【構成】 基板保持部４０の下方側にコロ部材５０が連
結されるとともに、コロ部材５０の下方側に楔状部材６
０が配置される。この楔状部材６０の上主面には、緩斜
部６１と急峻部６２が形成されている。また、楔状部材
６０は、駆動機構７０からの駆動力を受けて、コロ部材
５０が緩斜部６１と係合した状態、あるいは急峻部６２
と係合した状態で水平方向Ｘに移動する。ここで、緩斜
部６１および急峻部６２と係合する場合について見てみ
ると、楔状部材６０の水平方向Ｘの移動に対してコロ部
材５０の上下方向Ｚの移動量は、前者では小さく、また
後者では大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体ウエハや液晶
表示装置用ガラス基板などの測定対象物をある作業位置
で受け取った後、別の作業位置に搬送するとともに、当
該作業位置で上下方向に正確に位置決めすることができ
る測定ステージの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、この発明の技術背景となる膜厚
測定装置の一例を示す斜視図であり、半導体ウエハに形
成された薄膜の膜厚を測定する装置である。この膜厚測
定装置には、装置本体１上に２つのウエハカセット２，
３が載置されており、測定対象物たる半導体ウエハがそ
れぞれ収容される。

【０００３】この膜厚測定装置では、半導体ウエハの搬
送手段の１つであるローダ４が設けられ、ウエハカセッ
ト２または３から未測定の半導体ウエハを取り出し、プ
リアライメント部５に載置する。そして、プリアライメ
ント部５において半導体ウエハのオリエンテーションフ
ラットが所定位置に位置するように調整された（以下、
この調整を「オリフラ調整」という）後、その半導体ウ
エハはローダ４によってＸＹステージ６上に固定された
測定ステージ７に移載される。

【０００４】こうして測定ステージ７に載置された半導
体ウエハは、ＸＹステージ６により測定ステージ７をＸ
およびＹ方向に移動することで、測定ヘッド８直下に位
置決めされる。この後、予め定められた測定プログラム
にしたがって半導体ウエハ上の薄膜の膜厚測定が実行さ
れる。

【０００５】膜厚測定が完了すると、測定ステージ７上
の半導体ウエハはローダ４により収容されていたウエハ
カセット２または３に戻される。

【０００６】なお、同図において、符号９は、作業者に
対して種々のメッセージや情報などを表示するととも
に、作業者が膜厚測定装置に対して種々のデータや指令
などを入力するための表示・操作部である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように、プリアライメント部５から測定ステージ７への
半導体ウエハの搬送（ハンドリング）をローダ４により
行う場合、測定ステージ７の位置精度にローダ４の位置
精度が加わって、半導体ウエハの位置誤差が大きくなる
と問題がある。

【０００８】そこで、従来より、ローダ４を用いないで
プリアライメント部５から測定ステージ７への半導体ウ
エハの搬送を行う技術が提案されている。

【０００９】図９は、測定ステージの従来例の１つを示
す模式図である。この測定ステージ１０は、半導体ウエ
ハを保持する基板保持部１１と、この基板保持部１１の
下方側に基板保持部１１に対して回転自在に連結された
コロ部材１２と、コロ部材１２の下方側に配置された楔
状部材１３と、楔状部材１３を水平方向Ｘに駆動する駆
動機構（図示省略）とで構成されている。この測定ステ
ージ１０では、コロ部材１２は楔状部材１３の上主面１
３ａと係合されており、駆動機構により楔状部材１３を
Ｘあるいは（−Ｘ）方向に移動させると、上主面１３ａ
をコロ部材１２が回転しながら摺動する。このため、楔
状部材１３の水平移動に応じて基板保持部１１を上下方
向Ｚ，（−Ｚ）に昇降させて基板保持部１１上に載置さ
れる半導体ウエハを上下方向に正確に位置決めすること
ができる。

【００１０】このように構成された測定ステージ１０に
よれば、基板保持部１１を直接上下方向Ｚ，（−Ｚ）に
移動させることができるので、まずＸＹステージ６によ
って測定ステージ１０全体をプリアライメント部５の直
下位置にまで移動させた後、基板保持部１１を上方に移
動させてプリアライメント部５の半導体ウエハＷを受け
取るという方法が考えられる。しかしながら、上記測定
ステージ１０での基板保持部１１の上下移動は半導体ウ
エハＷの位置決めのためであり、そのストロークΔＨ1
は比較的短く設定されている。このため、プリアライメ
ント部５から半導体ウエハＷを搬送に十分な高さ位置に
まで持ち上げることができず、プリアライメント部５全
体を上下方向に移動させるための昇降機構２０が必要と
なる。その結果、膜厚測定装置の構成が複雑となってし
まう。

【００１１】ここで、図１０に示すように、水平方向Ｘ
に比較的長い楔状部材１３を用いると、上下方向のスト
ロークΔＨ2は比較的長くなり、プリアライメント部５
に昇降機構を設ける必要がなくなる。しかしながら、そ
の一方で、プリアライメント部５から半導体ウエハＷを
搬送に十分な高さ位置にまで持ち上げるためには、楔状
部材１３を長範囲にわたって移動させる必要があり、そ
の結果、半導体ウエハＷの搬送に時間がかかり、搬送速
度が大幅に低下するという問題が生じる。

【００１２】なお、これは膜厚測定装置特有の問題では
なく、半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板などの
測定対象物をある作業位置から別の作業位置に搬送する
測定ステージを備えた装置全般において生じる問題であ
る。

【００１３】本発明は、上述のような問題に鑑みてなさ
れたものであって、簡単な構成で、測定対象物を高速で
搬送することができ、しかも搬送してきた位置で測定対
象物を上下方向に正確に位置決めすることができる測定
ステージを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
目的を達成するため、測定対象物を保持しながら上下方
向に移動自在な保持手段と、前記保持手段の下方側に連
結された第１係合部材と、前記第１係合部材の下方側に
配置され、前記第１係合部材と係合しながら、水平方向
に前記第１係合部材に対して相対的に移動自在な第２係
合部材と、前記第２係合部材に所定の駆動力を与えて、
前記第１および第２係合部材を相対的に前記水平方向に
移動させる駆動手段とを備え、前記第１および第２係合
部材の一方を楔形状に仕上げられた楔状部材とし、当該
楔状部材を構成する主面のうち他方の係合部材と係合す
る主面に前記水平方向に対して互いに傾きの異なる緩斜
部と急峻部とを設けている。

【００１５】請求項２の発明は、前記第２係合部材を前
記楔状部材とし、前記駆動手段からの駆動力を与えて前
記水平方向に移動させている。

【００１６】請求項３の発明は、前記第１係合部材を前
記保持手段に対して回転自在に連結されたコロ部材とし
ている。

【００１７】請求項４の発明は、前記緩斜部と前記急峻
部との境界部の前記水平方向における傾きを連続的に変
化させている。

【００１８】

【作用】請求項１の発明では、第１および第２係合部材
の一方が楔形状に仕上げられた楔状部材であり、当該楔
状部材を構成する主面のうち他方の係合部材と係合する
主面に水平方向に対して互いに傾きの異なる緩斜部と急
峻部とが設けられる。このため、この急峻部が他方の係
合部材と係合しながら両係合部材が相対的に水平方向に
移動されると、水平方向にわずかに移動したとしても、
保持手段が大きく上下方向に移動する。つまり、高速で
保持手段を上下方向に移動させることができる。

【００１９】逆に、緩斜部が他方の係合部材と係合しな
がら両係合部材が相対的に水平方向に移動されると、水
平方向の移動量に比べて保持手段の上下方向の移動量を
少なくすることができ、保持手段に保持されている測定
対象物を正確に位置決めすることができる。

【００２０】請求項２の発明では、第２係合部材を構成
する楔状部材が、駆動手段からの駆動力を受けて水平方
向に移動し、それと係合する第１係合部材が保持手段と
一体的に上下方向に移動する。

【００２１】請求項３の発明では、第１係合部材を構成
するコロ部材は保持手段に対して回転自在であり、楔状
部材（第２係合部材）の主面上を回転しながら摺動して
パーティクルなどの発生を抑える。

【００２２】請求項４の発明では、緩斜部と急峻部との
境界部において、水平方向における傾きが連続的に変化
しており、両係合部材の係合状態が急激に変化するのを
防止する。

【００２３】

【実施例】図１は、この発明にかかる測定ステージの一
実施例を示す斜視図であり、図２は楔状部材を駆動する
駆動機構を示す斜視図であり、図３は図１の測定ステー
ジの正面図である。

【００２４】この測定ステージは、膜厚測定装置のＸＹ
ステージ６（図８）に固定された基台３０と、測定対象
物たる半導体ウエハを保持しながら上下方向Ｚに移動自
在な基板保持部４０と、基板保持部４０の下方側に連結
されたコロ部材５０と、コロ部材５０の下方側に配置さ
れた楔状部材６０と、楔状部材６０に所定の駆動力を与
える駆動機構７０とで構成されている。

【００２５】基板保持部４０には複数のボールブッシュ
４１により基台３０の上方位置でプレート４２が支持さ
れ、このプレート４２上に立方体ブロック４３が固着さ
れ、さらにこの立方体ブロック４３上に半導体ウエハを
直接保持する保持プレート４４が固着されている。この
ため、次に詳述するように構成された駆動機構７０によ
って楔状部材６０を水平方向Ｘに移動させることで、そ
の水平移動に応じて基板保持部４０全体が上下方向Ｚに
移動する。

【００２６】この駆動機構７０には、図２に示すよう
に、駆動源たるモータ７１が設けられており、その回転
軸（図示省略）はカップリング７２を介してサポートユ
ニット７３ａ，７３ｂで軸支されているボールネジ７４
に連結されている。このボールネジ７４の中間部には、
結合ブロック７５が螺合されるとともに、当該結合ブロ
ック７５に楔状部材６０が固定されている。このため、
モータ７１によるボールネジ７４の回転運動に応じて、
楔状部材６０が基台３０上で水平方向Ｘに伸びるリニア
ガイド７６にガイドされながら水平方向Ｘに移動され
る。

【００２７】このように駆動機構７０により水平方向Ｘ
に移動する楔状部材６０に対して、コロ部材５０は常時
係合している（図３）。また、このコロ部材５０は回転
自在となっており、楔状部材６０の水平方向Ｘへの移動
に応じて楔状部材６０の上主面上で回転しながら摺動す
る。この実施例では、楔状部材６０を構成する主面のう
ちコロ部材５０と係合する主面（上主面）に水平方向Ｘ
に対して互いに傾きの異なる緩斜部６１と急峻部６２と
が設けられている。

【００２８】緩斜部６１では、水平方向Ｘに対して緩や
かな傾斜が形成されており、コロ部材５０を緩斜部６１
と係合させながら楔状部材６０を水平方向Ｘに移動させ
ると、コロ部材５０は上下方向Ｚに微小に移動する。こ
のため、楔状部材６０の水平方向Ｘの移動を制御するこ
とでコロ部材５０と連結されている基板保持部４０の上
下方向Ｚにおける位置を制御して基板保持部４０に保持
されている半導体ウエハを正確に位置決めすることがで
きる。

【００２９】一方、急峻部６２では、緩斜部６１に比べ
て水平方向Ｘに対する傾斜が急峻に形成されており、コ
ロ部材５０を緩斜部６１と係合させながら楔状部材６０
を水平方向Ｘに移動させると、緩斜部６１での移動量に
比べてコロ部材５０の上下方向Ｚの移動量は大きくなる
ため、楔状部材６０を水平方向Ｘにわずかに移動したと
しても、コロ部材５０と連結されている基板保持部４０
は大きく上下方向Ｚに昇降する。つまり、高速で基板保
持部４０を上下方向Ｚに昇降させることができる。

【００３０】次に、上記のように構成された測定ステー
ジの動作について、膜厚測定装置のプリアライメント部
５（図８）でオリフラ調整が完了した半導体ウエハを受
け取り、測定ヘッド８（図８）の直下で上下方向Ｚの位
置決めを行うまでを、図４ないし図６を参照しつつ説明
する。

【００３１】まず、図４に示すように、コロ部材５０が
楔状部材６０の急峻部６２と係合する状態のままで、Ｘ
Ｙステージ６によって測定ステージ全体をプリアライメ
ント部５に向けて移動させる。そして、基板保持部４０
がプリアライメント処理が完了した半導体ウエハＷの直
下位置に位置すると、ＸＹステージ６による測定ステー
ジの移動を停止させる。

【００３２】次に、コロ部材５０を急峻部６２と係合さ
せながら駆動機構７０により楔状部材６０のみを（−
Ｘ）方向に移動させる。これにより、水平方向Ｘにわず
かに移動させるだけで基板保持部４０を大きく上昇させ
ることができ、基板保持部４０がプリアライメント部５
よりも高い位置に上昇して半導体ウエハＷがプリアライ
メント部５から基板保持部４０に移載される（図５）。
このように、この実施例では、急峻部６２を利用してい
るので、楔状部材６０を水平方向Ｘに大きくすることな
く、またプリアライメント部５に昇降機構を設けること
なく、高速に半導体ウエハＷを受け取ることができる。
なお、この実施例では、コロ部材５０が急峻部６２を越
えて緩斜部６１と係合する位置まで楔状部材６０が移動
されているが、これは後で緩斜部６１を用いた上下方向
Ｚの位置決めを容易とするためであり、図５に示すよう
に、緩斜部６１側の端部から急峻部６２側に緩斜部６１
の全体長さの１／３程度の位置に位置決めするのが好適
である。

【００３３】上記のようにして測定ステージへの半導体
ウエハＷの移載が完了する（図５）と、今度はコロ部材
５０が楔状部材６０の緩斜部６１と係合する状態のまま
で、ＸＹステージ６によって測定ステージ全体を測定ヘ
ッド８の直下位置まで移動させる（図６）。そして、測
定ヘッド８内に設けられた光学系（図示省略）と連動し
て駆動機構７０によって楔状部材６０を水平方向Ｘある
いは（−Ｘ）に移動して基板保持部４０を降下あるいは
上昇させることで、半導体ウエハＷの上下方向Ｚにおけ
る位置決めを行う。この位置決めに際しては、コロ部材
５０は緩斜部６１と常時係合しており、コロ部材５０の
上下方向Ｚの移動量が微小であるため、基板保持部４０
に保持されている半導体ウエハＷを正確に位置決めする
ことができる。

【００３４】以上のように、この実施例によれば、楔状
部材６０を構成する主面のうちコロ部材５０と係合する
主面において緩斜部６１と急峻部６２を設け、基板保持
部４０に保持される半導体ウエハＷを精度良く位置決め
する必要がある場合には緩斜部６１を利用する一方、基
板保持部４０を大きく昇降する必要がある場合には急峻
部６２を利用するようにしているので、簡単な構成で、
測定対象物たる半導体ウエハＷを高速で搬送することが
でき、しかもその半導体ウエハを上下方向に正確に位置
決めすることができる。

【００３５】なお、上記実施例では、図３に示すよう
に、楔状部材６０の緩斜部６１と急峻部６２の境界部で
は、水平方向Ｘに対する傾斜が急激に変換する。このた
め、楔状部材６０の移動速度を比較的大きくすると、コ
ロ部材５０がその境界部での傾斜変化に追随することが
できず、基板保持部４０に衝撃が加わるおそれがある。
このような問題は、例えば図７に示すように、境界部６
３を湾曲成形する、つまり境界部６３での水平方向Ｘに
対する傾斜を連続的に変化させることで解消することが
できる。

【００３６】また、上記実施例では、楔状部材６０と係
合する係合部材として回転自在なコロ部材５０を用いて
いるが、必ずしも回転自在なコロ部材５０を用いる必要
はなく、単にプレート４２の下面から下方側に突設部材
を設け、この突設部材の先端部を楔状部材６０の上主面
（緩斜部６１，急峻部６２）と係合可能に仕上げればよ
い。ただし、このような突設部材を楔状部材６０の上主
面と係合させ、楔状部材６０の水平方向Ｘの移動により
摺動させると、パーティクルなどが発生して、特に測定
対象物が半導体ウエハや液晶表示装置用ガラス基板など
である場合には歩留り低下の原因となる。これに対し
て、回転自在なコロ部材５０を用いた場合には、コロ部
材５０が楔状部材６０の主面上を回転しながら摺動する
ため、パーティクルなどの発生を抑えることができ、好
適である。また、上記実施例では、楔状部材６０を水平
方向Ｘに移動させて基板保持部４０を上下方向Ｚに昇降
させているが、基板保持部４０の下方側に楔状部材６０
を固着するとともに、その楔状部材６０の下方側にコロ
部材５０を配置し、コロ部材５０を回転駆動することで
基板保持部４０を昇降させるようにしてもよい。すなわ
ち、基板保持部４０の下方側に第１係合部材を連結する
とともに、その第１係合部材の下方側に第１係合部材と
係合しながら水平方向に第１係合部材に対して相対的に
移動自在な第２係合部材を配置し、第２係合部材に所定
の駆動力を与えて第１および第２係合部材を相対的に水
平方向に移動させて基板保持部４０を上下方向Ｚに昇降
させるようにすればよく、第１および第２係合部材の一
方を楔状部材６０とすることで上記効果が得られる。

【００３７】なお、上記においては、半導体ウエハを取
り扱う測定ステージについて説明したが、測定対象物は
半導体ウエハに限定されるものではなく、その測定対象
物には測定ステージ上に載置されて所定の測定が行われ
る検査物（例えば、液晶表示装置用ガラス基板など）が
含まれる。また、この発明にかかる測定ステージの適用
対象は膜厚測定装置に限定されるものではなく、測定対
象物をある作業位置で測定対象物に所定の処理を行った
後、別の作業位置で当該測定対象物を上下方向に正確に
位置決めし、所定の測定を行う測定装置全般に適用する
ことができる。

【００３８】

【発明の効果】請求項１および２の発明によれば、第１
および第２係合部材の一方を楔形状に仕上げられた楔状
部材とし、当該楔状部材を構成する主面のうち他方の係
合部材と係合する主面に水平方向に対して互いに傾きの
異なる緩斜部と急峻部とを設けているので、急峻部を用
いることで測定対象物を高速で搬送することができる一
方、緩斜部を用いることで測定対象物を上下方向に正確
に位置決めすることができる。

【００３９】請求項３の発明によれば、第１係合部材と
して保持手段に対して回転自在に連結されたコロ部材を
用いており、コロ部材を楔状部材（第２係合部材）の主
面上で回転させながら摺動させているので、パーティク
ルなどの発生を抑えることができる。

【００４０】請求項４の発明によれば、緩斜部と急峻部
との境界部において、水平方向における傾きが連続的に
変化するようにしているので、保持手段に余分な衝撃が
加わるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる測定ステージの一実施例を示
す斜視図である。

【図２】楔状部材を駆動する駆動機構を示す斜視図であ
る。

【図３】図１の測定ステージの正面図である。

【図４】図１の測定ステージの動作を示す模式図であ
る。

【図５】図１の測定ステージの動作を示す模式図であ
る。

【図６】図１の測定ステージの動作を示す模式図であ
る。

【図７】楔状部材の変形例を示す図である。

【図８】この発明の技術背景となる膜厚測定装置の一例
を示す斜視図である。

【図９】測定ステージの従来例の１つを示す模式図であ
る。

【図１０】測定ステージの従来例の別の例を示す模式図
である。

【符号の説明】

４０ 基板保持部（保持部） ５０ コロ部材 ６０ 楔状部材 ６１ 緩斜部 ６２ 急峻部 ６３ 境界部 ７０ 駆動機構 Ｗ 半導体ウエハ Ｘ 水平方向 Ｚ 上下方向

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定対象物を保持しながら上下方向に移
   動自在な保持手段と、 前記保持手段の下方側に連結された第１係合部材と、 前記第１係合部材の下方側に配置され、前記第１係合部
   材と係合しながら、水平方向に前記第１係合部材に対し
   て相対的に移動自在な第２係合部材と、 前記第２係合部材に所定の駆動力を与えて、前記第１お
   よび第２係合部材を相対的に前記水平方向に移動させる
   駆動手段とを備え、 前記第１および第２係合部材の一方が楔形状に仕上げら
   れた楔状部材であり、当該楔状部材を構成する主面のう
   ち他方の係合部材と係合する主面に前記水平方向に対し
   て互いに傾きの異なる緩斜部と急峻部とが設けられたこ
   とを特徴とする測定ステージ。
2. 【請求項２】 前記第２係合部材は前記楔状部材であ
   り、前記駆動手段からの駆動力を受けて前記水平方向に
   移動する請求項１記載の測定ステージ。
3. 【請求項３】 前記第１係合部材は前記保持手段に対し
   て回転自在に連結されたコロ部材である請求項２記載の
   測定ステージ。
4. 【請求項４】 前記緩斜部と前記急峻部との境界部の前
   記水平方向における傾きが連続的に変化する請求項１記
   載の測定ステージ。