JPH1070162A - ウエハ試験および自動較正システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 高速で低コストのウエハ試験および自動較正
システムを提供する。 【解決手段】 鉛直面内でウエハを回転させるととも
に、ウエハ回転面に平行な軸に沿って直線的に走査セン
サを移動させ、これによってウエハ全体にわたる螺旋状
その他の走査経路を得るようにした計測ステーション１
１８である。ウエハを鉛直の向きに置くことによって、
特に大きな（たとえば３００ｍｍの）ウエハの重量によ
るたわみによって引き起こされる誤差が低減される。計
測ステーションには複数のウエハグリッパがあって、そ
れらは、ウエハの面内で移動してウエハを回転のために
所定位置に固定する。計測ステーションはまた、複数の
マスタ較正ゲージ２１２を有し、それによって、較正が
簡単化され、較正試験用ウエハが必要でなくなる。得ら
れたプローブ計測データは早い時期にデジタル化され、
その後デジタル的に較正され、復調され、フィルタリン
グその他の処理がなされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広くはウエハの取
扱・計測装置に関するもので、より具体的には、ウエハ
の取り扱い、処理、計測を行う改良されたシステムに関
するものである。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】半導体ウエハの取り扱
いや計測のための処理機械は公知である。そのような機
械は、典型的には、少なくとも一つの計測ステーション
を有し、そこでウエハを受け取り、品質管理に関する種
々のウエハパラメータを計測する。ウエハを保存した
り、計測ステーションと他のステーションとの間で搬送
したりするために、搬送容器が使用される。スループッ
トが速く、高精度でしかも低コストの計測ステーション
を設けることが一般に望まれている。

【０００３】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、計測ス
テーションは、ウエハをある面内に保持して回転するロ
ータと、ウエハの回転面に平行な軸に沿って直線的に移
動できるアームに取り付けた走査センサとを有してい
る。これにより、螺旋状その他の走査経路を実現でき
る。ロータは、前記ウエハを把持する複数のグリッパを
有する。それらのグリッパは可撓体を介して前記ロータ
に取り付けられ、それらの可撓体は、グリッパの移動範
囲全体においてグリッパをウエハの面内に保持する。少
なくとも一部のグリッパはスプリングサスペンションを
有し、ウエハが少なくとも二つのグリッパに向かってば
ねで押される。この少なくとも二つのグリッパは、グリ
ッパ内にウエハが支持されている間、ロータに対して固
定的である。計測ステーションはまた、ウエハの面内に
おいてロータ上に支持される複数の較正ゲージを含んで
いてもよい。これらの較正ゲージは、種々の厚さおよび
位置を有し、ロータから取りはずすことのできる複数の
セグメントにグループ化され、各セグメントから取り外
すことのできるゲージを具備する。

【０００４】本発明の計測ステーションによれば、精度
とスループット速度が改善される。グリッパにより、計
測点計算が改善される。本発明では、位置の分かってい
る二つの静止グリッパを利用することにより、すべての
把持装置が移動可能であるような計測ステーションに比
べて、プローブ計算のための計測位置の確からしさが改
善される。さらに、本発明の移動可能グリッパはその移
動が所定の軸内に制限さているため、グリッパが円弧上
を移動する計測ステーションに比べて、計測点計算が単
純化される。このスピードおよび精度の改善は、大きな
直径のウエハ（たとえば直径３００ｍｍのウエハ）にお
いて最も有利である。

【０００５】本発明のマスタ較正ゲージによれば、較正
用ウエハの取扱いと交換の必要がなくなり、また、計測
対象ウエハが計測位置にある状態で較正を行うことがで
きるので、精度とスループットが改善される。較正を行
うために、ロータと複数のマスタとが回転され、リング
に取り付けられたマスタを検知するようにセンサが操作
されて、容量変化の複数の比較点を提供する。これによ
り、マスタからのデータに対するプローブ伝達関数のパ
ラメータの統計的フィッティングによって較正定数が計
算される。これにより、ウエハを計測ステーションに入
れたり出したりする必要なしに、両方のプローブについ
て、直線性、スケールファクタおよびオフセットを含む
６個の係数が同時に決定される。

【０００６】ロータはトロイダル（曲線回転体）空気軸
受構造であって、計測速度まで加速され、それからプロ
ーブデータ収集の間は慣性で回転する。プローブアーム
は空気軸受で支持された構造体であって、ウエハが回転
している間にウエハの両面を走査する位置にプローブを
保持するものである。ロータとプローブアーム上の回転
および直線のエンコーダによって、プローブアームは螺
旋その他の形状の走査線を描くように調整される。プロ
ーブアームは空気軸受上に動的に支持される。

【０００７】プローブの生データはデジタル化され、そ
の後デジタル的に較正され、復調され、フィルタをかけ
られる。その後、表示その他の目的のために、他の信号
処理をすることも可能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１に示すように、ウエハ取り扱
い・処理システムは支持枠１１０を有し、支持枠１１０
の所定の位置１１４のウエハホルダ１１２内にウエハ１
０８が供給されている。ロボット１１６は上記位置１１
４からウエハを一枚ずつ取り出し、後述の計測ステーシ
ョン１１８のグリッパ内に置くことができる。計測ステ
ーションでウエハに関する一連の計測（典型的には、平
坦度、厚さおよび形状の計測）が終了したときに、ロボ
ット１１６は、そのウエハを同じまたは異なるホルダ１
１２に戻す。

【０００９】ロボット１１６は、支持枠１１０上の摺動
軌道組立体に取り付けられており、それによってロボッ
ト１１６は支持枠１１０上においてＸ方向、Ｙ方向にコ
ンピュータ制御されて移動することができる。ロボット
は、鉛直方向（ｚ）、傾き方向（φ）および回転方向
（θ）に移動できる軸１２２を有し、その軸が、鉛直の
パドル１２８を保持するアーム１２６を支持する。パド
ル１２８は、コンピュータの制御のもとに所望のウエハ
の後ろに降ろされ、パドル１２８の上のフィンガ１３０
の動作によりウエハを持ち上げる。ロボットがＸ方向、
Ｙ方向、および傾き方向で位置決めされる間に、アーム
１２６が上昇され、位置１３２を通って、計測ステーシ
ョン１１８内におけるウエハ回転面内にウエハを正確に
置くために反対側の位置まで回転される。計測ステーシ
ョン１１８内では、掴み具がウエハを放す間に、ウエハ
を挿入できるように開かれていた後述のグリッパが閉
じ、ウエハを拾い上げる。次にロボットアーム１２６
は、ウエハの計測が始まる前に、じゃまにならない位置
に戻される。計測ステーション１１８のグリッパのＶ字
溝内にウエハを適確に置くことを保証するために、計測
ステーション１１８内のウエハ回転面に対するわずかな
位置ずれを許容するように鉛直パドル１２８には十分な
柔軟性が備わっている。

【００１０】図２〜図７を参照すると、計測ステーショ
ンは、ベース２００、直線空気軸受２０２、ガイドレー
ル２０４、光学的エッジセンサ２０６、プローブアーム
２０８、二つのセンサ２１０、３組のマスタ較正ゲージ
２１２、３個のグリッパ２１４ａ、２１４ｂ、２１４
ｃ、支持板２１６、空気軸受ロータ２１８、このロータ
２１８のための空気軸受ステータ２２０、ロータ駆動機
構２２２、プローブアーム駆動機構２２４を含む。空気
軸受２２６は、ロータ２１８を決められた安定な回転面
内に保持するように、典型的には、二つのラジアル支持
軸受と二つのスラスト軸受とを有する。ステータ２２０
は１８０度の単一の部分であり、図示のようにカバー２
２０ａを有する。基準位置およびエッジ位置を検出する
ために光学的エッジセンサ２０６が採用されている。プ
ローブアーム２０８はプローブアームキャリッジ２０２
の上に配設されている。プローブアームキャリッジ２０
２とガイドレール２０４とベース２００とが、プローブ
アームをＹ方向とZ方向に支持する空気軸受を形成して
いる。

【００１１】グリッパ２１４とマスタ較正ゲージはロー
タ上に配設されている。スケール２１９ａを有するロー
タリエンコーダ２１９と直線エンコーダ２２１は、ロー
タ２１８およびアーム２０８の位置を計測する。ロボッ
ト１１６によりウエハ１２４を挿入・取り出しを行うた
めに、グリッパは、ロボットのアーム１２６と干渉しな
い位置に配置される。グリッパは、ロータ２１８の面か
ら約１／４インチ外側の面２３１内でウエハをつかむ。

【００１２】計測される前に、ウエハが計測ステーショ
ンに装荷される。ウエハは、グリッパ２１４ａ〜２１４
ｃにより鉛直位置に保持される。次に、ロータ２１８の
駆動機構２２２によって、ウエハは所定の速さで回転さ
れる。ウエハが所定の回転速度に達したとき、クラッチ
を切ることによって駆動機構が切り離され、センサ２１
０は、ウエハの中央２２９からエッジ２２８へ、または
エッジから中央へと直線的に駆動される。この駆動に
は、ウエハ１２４の特性を計測している間、ロータ位置
を検出し、ウエハ上で螺旋その他のパタンを定義するよ
うにアームを連携して動かすような制御ループを使用す
る。ウエハ１２４の表面の計測が終了したときに、ロー
タの回転が停止され、ウエハが計測ステーションから取
り出される。

【００１３】グリッパ２１４ａ〜２１４ｃは、ウエハを
反復可能な計測位置に保持する機能を有する。計測の最
中、二つのグリッパ、たとえば２１４ａと２１４ｂは静
止しており、他のグリッパ２１４ｃが可動である。ウエ
ハを計測位置に置くために、グリッパと位置を整合させ
たステータ２２０上のアクチュエータ２１５により、グ
リッパが開かれる。ウエハは、ウエハ面がグリッパの面
と並ぶ所定位置まで移動される。ウエハは、アクチュエ
ータ２１５から解放されウエハエッジと接触するグリッ
パの間に挿入される。グリッパは、３個のグリッパ全部
でウエハがロータに確実に取り付けられているように、
ウエハに向かって内向きの力を加える。図８に示すよう
に、グリッパはＶ字溝９００を有し、この溝によりウエ
ハエッジが所定の位置にガイドされる。Ｖ字溝は、約９
０度のＶ字角９０２を有し、ブロック深さ９０４は、プ
ローブが通れる程度に薄い。計測中に二つのグリッパは
動かず、センサおよびウエハに対して正確に既知の位置
にあるので、ウエハの中心位置は反復性がある。光学的
センサ２０６は、当該技術分野で知られているように、
下記のコンピュータ２００１内でウエハ計測データを正
確なウエハ位置と関連させるために、エッジ位置、基準
位置、中央位置におけるデータを提供する。

【００１４】グリッパ２１４は、図９および図１０Ａに
示す可撓体１０００によりロータに取り付けられてい
る。各可撓体はグリッパの動作を一つの軸１００２内に
保持することができる。可撓体はベース板１００４を含
み、このベース板はロータに直接接続されているととも
に、第１の端部で二つの平行アーム１００６にも接続さ
れている。中央アーム１００８が第２の端部で平行アー
ムと接続され、その中央アームの反対側の端部はグリッ
パフィンガＶ字溝ブロック１０１０に接続されていて、
これによりＷ字形可撓体支持体１０１２を形成してい
る。この構成により、二つの対向する（counteracting)
ヒンジ軸１０１４ａ、１０１４ｂが形成され、これら
により、ウエハを保持するために中央アームに圧力がか
けられたときに、グリッパフィンガの動きが所定の軸内
に維持される。前記ヒンジ軸の反対方向（counteractin
g) の動作は、両方の端部に開口１０２０を有するアー
ム内スプリット（割れ目）１０１６によって補助されて
いる。スプリットと開口とによって、アームは平行四辺
形として機能する。すなわち、ウエハが所定の面内に保
持されるように各アームの上部１０２２および下部１０
２４がたわむ。この設計により、グリッパが円弧運動す
るものに比べて、ウエハの位置決めが簡単になる。可撓
体１０００の内の二つについてはそれらの内側方向の動
きが、ピン１００５およびエッジ１００７によって形成
される剛性ストッパ機構（hard stop ）よって制限され
る。他の可撓体はより大きな動作範囲を有し、この可撓
体の位置だけはウエハ寸法に依存する。ばね１００３が
板１００４内の孔１００１を通して配置され、各可撓体
のブロック１０１０に隣接するアーム１００８を押圧し
ている。それにより、剛性ストッパ機構が係合し、より
動きやすいブロック１０１０が適当にばねで付勢される
ようにしておく。剛性ストッパ機構の係合を維持するた
め、剛性ストッパ機構によって動きが制限される二つの
可撓体のばね１００３は他のものよりも強くなってい
る。

【００１５】アクチュエータ１０２８が、ステータ２２
０上に等間隔に配置される。前述のように、計測中にス
テータは回転しない。したがって、グリッパはアクチュ
エータと整合したときにのみ動作できる。グリッパは、
基準点でのみウエハに接触し、固定することができ、こ
の基準点は一つのノッチでしかないことは重要である。
平坦な部材による基準点を用いた場合、たとえば装荷前
に位置合わせをすることによって平坦部材を避けるよう
にしなければならない。

【００１６】図１０Ｂに示すアクチュエータ１０２８
（２１５）によって、各可撓体１０００に力が加えられ
る。アクチュエータはレバー１０３０とベローズ１０３
２とを有し、ベローズはフレーム１０３４内に配設され
ている。ベローズはほぼ中空であって、空気取入口１０
３６を有する。これによりベローズは、空気取入口にお
ける空気圧に応じて伸縮できるようになっている。ベロ
ーズが伸びたとき、それによってレバーに力が加わり、
それにより、Ｖ字溝ブロックが置かれた可撓体の中央バ
ーに力が加わる。これにより、駆動機構２２２によるロ
ータの回転によってアクチュエータ１０２８とグリッパ
とがグリッパ拡開のために位置合わせされたときに、ウ
エハ挿入のためにグリッパを開かせることができる。

【００１７】図１〜図４において、ウエハが所定位置で
固定されたときに、ロータは、クラッチのはいった駆動
機構２２２によって回転加速され、同様にウエハも回転
させられる。駆動機構のクラッチが切られた後にロータ
は慣性で回転し、その時、センサ２１０は、たとえばウ
エハ回転面にほぼ平行な軸２３２内を直線的に、回転中
のウエハのエッジとウエハの中央の間を動かされ、それ
によりウエハの表面を走査する。回転しているウエハに
対してセンサを直線的に動かすことにより、結果的に図
１１に示すような螺旋状の走査パタンが得られる。回転
しているウエハの両側にそれぞれの走査アームとセンサ
を配置することにより、ウエハの両表面を同時に計測す
ることが可能であることは分かるであろう。

【００１８】プローブの動作は図１９に示すサーボルー
プによって行われる。コンピュータ２００１は、ロータ
が慣性で動いているときに、ヘッド２１９とスケール２
１９ａとを有する角度エンコーダ２００５からロータ角
度を受信する。直線駆動機構２２４は、プローブの直線
的位置を示す直線エンコーダ２００３の出力が、所定の
螺旋その他の軌跡パタンを得るための適当な値になるよ
うに、アーム支持２０２を駆動する。螺旋状軌跡は基準
に対して同じ所定の位置からスタートするように、コン
ピュータ２００１で制御される。

【００１９】図６Ａと図６Ｂに示すように、直線空気軸
受は真空ダクト６００と圧力ダクト６０２とを含み、こ
れらによってセンサアーム２０８は、ガイドレール２０
４に沿って空気のクッションの上を移動できる。圧力ダ
クトは、センサアームを持ち上げるための空気圧力を供
給し、真空ダクトは圧力ダクトから圧力を受けて排出さ
れた空気を掃気し、ウエハへの汚染物の導入の可能性を
無くし、また軸受にプリロードをかける。

【００２０】図３、４、１２および１３を参照すると、
センサは、それぞれに内側容量板１２００および外側容
量板１２０２を有する容量変位センサである。センサ
は、米国特許第４，９１８，３７６号に開示されたもの
に対応し、これを本明細書の一部を構成するものとして
ここに引用する。センサの容量は、センサと被測定表面
との間の距離１２０４に反比例して変化する。測定中の
ウエハ表面領域とともにセンサは３面キャパシタを形成
し、それからの計測が可能である。より具体的には、セ
ンサの出力は、周期の分かっている交流信号Ｖoであっ
て、センサとウエハ１２４の被測定表面の間の距離を表
す。ウエハの特性としての、厚さおよび平坦度と、曲が
りやそりを含む形状は、既知の技術を利用してセンサ出
力から求められる。こうした技術は、たとえば米国特許
３，９９０，００５号、４，８６０，２２９号、４，７
５０，１４１号に開示されており、これらを本明細書の
一部を構成するものとしてここに引用する。

【００２１】ふたたび図２〜図６において、計測ステー
ションは、動作中の計測ステーションの振動を低減する
ことにより、計測精度を改善する工夫もなされている。
たとえば、図2のプローブアーム２０８は、製造・組立
ての精度に起因する歪みを最小にするために、ジャーナ
ルとピンの結合２３０を通じて空気軸受２０２に動的
（kinematic ）に取り付けられている。動的取り付けに
より、プローブアームの直線的動作中の空気軸受の理想
的ではない挙動によって起こる計測誤差を最小にするこ
とができる。

【００２２】図１４、１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ、１６に
示すように、ロータ２１８はロータ自体とステータ組立
体の４個の表面とからなる空気軸受システムにより支持
される。二つのスラスト軸受表面３００４と二つのラジ
アル軸受表面３０００とがある。これらの表面は、真空
源１６０４と圧力源１６０６に連通している。スラスト
軸受３００４とラジアル軸受３０００のチャネル（流
路）は、ロータとステータの軸受との間の境界部を真空
源と圧力源に接続する。スラスト軸受とラジアル軸受に
加えられる正の圧力は、ロータを軸受から遠ざける方向
に押し、これにより、ロータと軸受との間に間隙を生成
する。このようにして、ロータは空気のクッションの上
に乗る。真空源は、境界部のエッジにおける掃気部３０
０８およびステータ内のポケットに供給される。圧力源
チャネルから流れ出す空気を取り戻し、ロータに対して
ラジアル軸受に向けた荷重をあらかじめかけるために、
真空は、圧力源とバランスされる。掃気部３００８は、
加圧空気または環境内の不純物がウエハ上に堆積する可
能性を低減させるものである。

【００２３】図７と図１７を参照すると、計測ステーシ
ョンは複数のマスタ較正ゲージ（「マスタ」ともいう）
２１２を有し、これらは精度とスループットを改善する
ために利用される。好ましい実施例では、ロータ２１８
は３０個の取り外し可能なカーバイド鋼のマスタ２１２
を有し、これらは５種類の厚さを持つことが可能であ
り、異なる軸方向位置を提供するために１９個の異なる
スペーサを含む。３０個のマスタは、３組に分けられ、
鉛直のウエハと同一面内に配置され、較正のためにわず
かにずらして配置される。各組は取り外し可能な一つの
マスタアーク７００を含み、各マスタ２１２は、シム７
０２を介してマスタアークに接続されている。６個の較
正パラメータがあり、マスタから３０個のデータ点が得
られるので、その３０個のデータ点は冗長なデータを提
供する。このため、統計的な近似や、３０個のマスタす
べてよりも少ないデータによる運用ができる。マスタに
よる較正は、ウエハ計測の前でも後でも実施でき、また
標準ウエハの挿入・取り出しを必要としないので、比較
的短時間で終了できる。したがって、熱によるドリフト
誤差を補償するために、ウエハの計測の前と後の両方に
較正値を計算するのが望ましいであろう。

【００２４】マスタ２１２によって較正するためには、
まずロータがある回転速度まで加速され、マスタが容量
センサによって計測される。容量センサの出力は、検出
された容量を表すデジタル値に変換される。このように
して、標準（比較対象）ウエハを計測ステーションに入
れたり出したりすることなしに、直線性、スケールファ
クタおよびオフセットが同時に決定される。

【００２５】マスタは、厚さ／容量変動の比較点を提供
し、これらの比較点から、プローブ伝達関数のパラメー
タの、コンピュータ２００１内のマスタから取られたデ
ータへの統計的フィット（あてはめ）により較正定数が
計算される。較正データが収集された後に、各容量変換
器チャネルについて、モデル化された変換器特性に従っ
て、直線性、スケールファクタ、オフセットの各パラメ
ータが調整される。最適結果を得るために、最小二乗法
フィットが利用される。個々の容量変換器の出力モデル
は下記式で表される。

【数１】 ただし、 Ｖo＝出力電圧 Ｋ＝変換器スケールファクタ Ｃp ＝プローブ容量 Ｖｏｆｓ＝オフセット電圧 プローブ容量は下記式で表される。

【数２】 ただし、 εo ＝自由空間の誘電率 Ａ＝容量センサの面積 ｄ＝センサ・ターゲット間の距離 Ｃo ＝オフセット容量 式２を式１に代入すると、下記の結果がえられる。

【数３】 Ｃoの項がゼロのとき、式４はｄに対して直線的とな
り、最適のケースとなる。二つの容量プローブを使用し
て厚さの差の計測をするために、解析ソフトウエアは、
プローブ間の距離から各変換器チャネルの距離を引く。
そのために、式３はｄについて解かれ、次の式５に代入
される。

【数４】 ただし、 ｔｈｋg ＝ゲージで計測された厚さ Ｄ＝プローブ間の距離 ｄa ＝変換器ａで計測された距離 ｄb ＝変換器ｂで計測された距離 較正手順の途中での計測について、厚さの誤差は、マス
タの厚さと計測された厚さとの差の二乗である。したが
って、二乗の合計が一つの関数を定義する：

【数５】 ただし、 ｔｈｋmn＝ｎ番目のマスタの厚さ ｔｈｋgn＝ｎ番目のマスタの計測された厚さ この関数において、各変換器の出力は、３個の変数の関
数として記述され、プローブ面積は一定と仮定されてい
る。したがって、７次元の表面が記述される。最小誤差
を見つけるには、表面における最下点を計算すればよ
い。

【００２６】図１４、１９、２０において、計測および
較正サイクルの間におけるデータ処理が、センサ出力の
直接デジタル化によって改善される。前述のように、セ
ンサフロントエンド１４００ａ、１４００ｂは、距離の
変化に応じて振幅が変化する正弦波形出力信号Ｖo
（ａ）、Ｖo（ｂ）を提供する。センサフロントエンド
ＡおよびＢの正弦波形出力信号は、デュアルＡＤ変換器
１９０６においてデジタル値に変換される。マルチプレ
クサ１９０１は、ＡＤ変換器の特性を取るのに必要なと
きはいつでも、プローブ信号に代えて基準信号を置き換
える。ＡＤ変換器は、デジタルデータ出力ストリーム１
９１０を提供するために、１サイクルにつき３回、アナ
ログ信号１９０８ａと１９０８ｂをサンプリングし、こ
のデータ出力ストリームは、処理のためにコンピュータ
２０００に提供される。サンプリング点は周期的で、等
間隔である。

【００２７】ＡＤ変換器としては、典型的には、２０ビ
ットの分解能、低ノイズで極めて良好な差動非線形性を
有し、最大約５０ＫＨｚの変換速度を持つ、高分解能、
ＡＣアキュレート（ＡＣ accurate）のシグマ・デルタ
アナログ・デジタル変換器が利用できる。ＡＤ変換器１
９０６は、プローブフロントエンドの出力を直接にデジ
タル化するために使用される。ＡＤ変換器は、プローブ
励起周波数の３倍の周波数で同期するようにクロック動
作される。復調、較正、スケーリングとその他所望の算
術的操作はデジタル領域で実行される。直接デジタル化
により、従来必要とされていたアナログ回路のかなりの
部分を削除することができる。

【００２８】コンピュータインタフェース２０００およ
びコンピュータ２００１は、デジタルデータストリーム
１９１０からウエハ計測データを提供するために動作す
ることのできるソフトウエアを実行する。第１の工程２
００２で、デジタルデータは直線化され、スケールファ
クタの設定が適用される。言い換えると、デジタルデー
タに較正データが適用される。第２の工程２００４で
は、第１の工程のデータ出力が同期を取って復調され
る。データの復調の後に、データ出力に、励起信号と同
じ位相、同じ周波数の基準正弦波を乗ずる。典型的に
は、復調はデジタル的に行われる。復調工程２００４は
ベースバンド信号を提供し、このベースバンド信号は、
サイドバンドを除去してノイズを減らすべく、フィルタ
リング工程２００６にてデジタル的にフィルタをかけら
れる。ウエハ上の計測するべき点の位置を選択するため
に、プローブがウエハ上のこれらの点を検出している位
置で、デュアルＡＤ変換器の出力に電気的に標識(tag)
が付けられる。次の処理のための記録としてどの読込み
値をとっておきどの読込み値を捨てるかを決定するため
に、信号処理回路で電気的標識が使用される。

【００２９】以上、本発明の好ましい実施例について述
べたが、その考え方を組み込んだ他の実施例を使用する
ことも可能であることは、当業者にとって明らかであろ
う。したがって、本発明は、特許請求の範囲の精神およ
び範囲によってのみ制約されるべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるウエハ取り扱い計測装置の等角投
影図。

【図２】図１の計測ステーションの正面図。

【図３】計測ステーションの背面図。

【図４】計測ステーションの側面図。

【図５】計測ステーションの上面図。

【図６】計測ステーションの斜視図。

【図６Ａ】直線空気軸受の底面図。

【図６Ｂ】図６Ａの軸受のＢ−Ｂ線矢視断面図。

【図７】ロータを示す図。

【図８】グリッパを示す図。

【図９】グリッパ組立体の斜視図。

【図１０Ａ】グリッパ組立体の上面図。

【図１０Ｂ】グリッパアクチュエータを示す図。

【図１１】計測ステーションによって得られるウエハ走
査パタンを示す図。

【図１２】センサプローブを示す図。

【図１３】センサプローブを示す図。

【図１４】図１５ＡのＢ−Ｂ線に沿うステータおよびロ
ータの断面図。

【図１５Ａ】ステータおよびロータの側面図。

【図１５Ｂ】ステータおよびロータの正面図。

【図１５Ｃ】図１５ＢのＣ−Ｃ線矢視断面図。

【図１６】図１５の円弧状空気軸受の拡大断面図。

【図１７】マスタ較正ゲージを示す図。

【図１８】本発明による計測データの処理を示すフロー
チャート。

【図１９】本発明による計測データの処理を示すフロー
チャート。

【符号の説明】

１０４’：ウエハ、１０８：ウエハ、１１０：支持枠、
１１２：ホルダ、１１４：支持枠１１０の所定の位置、
１１６：ロボット、１１８：計測ステーション、１２
２：軸、１２４：ウエハ、１２６：アーム、１２８：パ
ドル、１３０：フィンガ、１３２：位置、２００：ベー
ス、２０２：軸受（プローブアームキャリッジ）、２０
４：ガイドレール、２０６：光学的エッジセンサ、２０
８：プローブアーム、２０８ａ：アーム、２０８ｂ：ア
ーム、２１０：センサ、２１０ａ：センサ、２１０ｂ：
センサ、２１２：マスタ較正ゲージ、２１４ａ：グリッ
パ、２１４ｂ：グリッパ、２１４ｃ：グリッパ、２１５
ａ：アクチュエータ、２１５ｂ：アクチュエータ、２１
５ｃ：アクチュエータ、２１６：支持板、２１８：ロー
タ、２１９：ロータリエンコーダ（ヘッド）、２１９
ａ：スケール、２２０：ステータ、２２０ａ：カバー、
２２１：エンコーダ、２２２：駆動機構、２２４：駆動
機構、２２６：軸受、２２８：ウエハのエッジ、２２
９：ウエハの中央、２３０：ジャーナルとピンの結合、
２３１：面、２３２：軸、６００：真空ダクト、６０
２：圧力ダクト、７００：マスタアーク、７０２：シ
ム、９００：Ｖ字溝、９０２：Ｖ字角、９０４：ブロッ
ク深さ、１０００：可撓体、１００１：孔、１００２：
軸、１００３：ばね、１００４：板、１００５：ピン、
１００６：平行アーム、１００７：エッジ、１００８：
アーム、１０１０：ブロック、１０１２：支持体、１０
１４ａ：ヒンジ軸、１０１４ｂ：ヒンジ軸、１０１６：
アーム内スプリット（割れ目）、１０２０：開口、１０
２２：アームの上部、１０２４：アームの下部、１０２
８：アクチュエータ、１０３０：レバー、１０３２：ベ
ローズ、１０３４：フレーム、１０３６：空気取入口、
１２００：内側容量板、１２０２：外側容量板、１２０
４：センサと被測定表面との間の距離、１４００ａ：フ
ロントエンドＡ、１４００ｂ：フロントエンドＢ、１４
０２：プログラムブル励起源、１６０４：真空源、１６
０６：圧力源、１９０１：コンピュータ制御マルチプレ
クサ、１９０６：デュアルＡ／Ｄ変換器、１９０８ａ：
アナログ信号、１９０８ｂ：アナログ信号、１９１０：
デジタルデータストリーム、２０００：コンピュータイ
ンタフェース回路、２００１：コンピュータ、２００
２：データ較正、２００３：リニアエンコーダ、２００
４：データ復調、２００５：ロータリエンコーダ、２０
０６：フィルタリング及び要求データ点選択、２００
８：選択データの追加処理、２０１０：選択データ記
憶、３０００：ラジアル軸受、３００４：スラスト軸
受、３００８：、掃気部。

フロントページの続き (72)発明者 ノエル エス．ポデゥジェ アメリカ合衆国，02194 マサチューセッ ツ州，ニードハム ハイツ，ネバダ ロー ド 47 (72)発明者 アレクサンダー ベリャエヴ アメリカ合衆国，01778 マサチューセッ ツ州，ウエイランド，ライス ロード 52 (72)発明者 ピター エイ．ハーベイ アメリカ合衆国，01887 マサチューセッ ツ州，ウィルミントン，チャーチ ストリ ート 122 (72)発明者 リチャード エス．スミス アメリカ合衆国，01451 マサチューセッ ツ州，ハーバード，リトルトン ロード 331

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの平坦度と厚さと形状との
   うちの少なくとも一つを試験するために、半導体ウエハ
   を回転支持する装置において、 回転のためにウエハを保持するため複数のグリッパを間
   隔をおいて周囲に配設したロータと、 そのロータの回転位置を電子的に示すエンコーダと、 前記ロータの周囲に配置され、Ｖ字溝ブロック内におい
   てウエハが前記ロータ内で鉛直となるように保持するグ
   リッパと、を有し、 前記グリッパは、スリットアームを持つＷ字形支持体を
   有し、そのアームは、前記内側のＷ字形アームに取り付
   けたＶ字溝ブロックと前記外側のＷ字形アームに設けら
   れたロータ用アタッチメントとの間の平行四辺形として
   機能するものであり、 さらに、前記グリッパのうちの少なくとも二つに向けて
   弾性ばね荷重を加える前記グリッパのための弾性サスペ
   ンションを有し、その少なくとも二つのグリッパは、ウ
   エハが前記グリッパ内に支持されている間、ロータに対
   して所定の位置を越えてウエハに向かう動作に抗するよ
   うに保持されるものであり、 前記ロータの上で前記ウエハの面内で支持された複数の
   較正ゲージであって、種々の厚さおよび位置を有し、前
   記ロータから取り外せる複数のセグメントにグループ化
   され、較正ゲージは各セグメントから取り外し得る較正
   ゲージと、 距離を表す出力信号を提供するウエハ試験プローブであ
   って、ウエハが前記ロータ内で支持されたときにそれら
   の間のウエハまでの距離を測定するために、前記装置内
   で一表面の上方に支持されたウエハの面とほぼ平行な面
   内で移動可能なプローブアーム内に支持されたプローブ
   と、 前記プローブアームをその上で動的に支持する、空気に
   よって支持されたプローブアーム支持体と嵌まり合う前
   記表面の中央長尺隆起部と、 前記表面上方のプローブアームの直線的位置を電子的に
   定義する直線エンコーダと、 前記ロータに回転を与え、慣性による回転をさせるよう
   にそのロータを切り離すロータ駆動機構と、 前記プローブアームに直線運動を与え、前記プローブ
   が、前記エンコーダを通じて、前記ロータの慣性による
   回転に合わせてウエハの両面を横切るように動くように
   し、前記プローブが、ウエハの表面を横切る所定のパタ
   ン内を動くようにし、前記較正ゲージの前記プローブに
   より走査を与える、プローブアーム駆動機構と、 前記ロータ駆動機構およびプローブに接続され、前記ロ
   ータの慣性回転の途中で、前記パタンと前記較正トレー
   スの中選択された点で、データを取る計測制御装置と、 を具備する装置。
2. 【請求項２】 請求項１のプローブ距離を表す出力信号
   のための信号処理装置において、 前記プローブをある
   周波数で励起する交流励起手段であって、それからの出
   力信号が前記周波数の交流信号である交流励起手段と、 前記交流出力信号をデジタル値として、前記周波数で各
   周期に少なくとも２回サンプリングし、各プローブのデ
   ジタル出力信号のサンプルストリームを形成するデジタ
   ルサンプラと、 前記デジタル出力信号のサンプルストリーム内から周期
   的に発生する選択された信号にマークを付けるマーカ
   と、 各サンプルストリームから直流で表す信号のストリーム
   を作るための同期復調器、ベースバンドおよびノイズフ
   ィルタと、 前記直流で表す信号のストリーム内のマークされない信
   号を除去するための除去器と、 を具備する信号処理装置。
3. 【請求項３】 ウエハの少なくとも一つの物理特性を計
   測することのできるウエハ計測ステーションにおいて、 固定されたステータと、 前記ステータの内側に配設され、そのステータとロータ
   との間に配設された空気軸受によってステータと同一の
   面内で回転するそのロータと、 前記ロータの上に配設され、計測の最中に前記ウエハを
   把持する複数のグリッパと、 直線空気軸受の上に配設され、前記ロータの回転面にほ
   ぼ平行の軸に沿って移動可能なセンサと、 を有し、これにより、前記ウエハが、グリッパによって
   前記計測ステーション内に保持され、ある面内で回転さ
   れ、前記走査軸内で直線的に移動するセンサによって走
   査され、それによって螺旋状走査経路が得られるように
   構成されている、計測ステーション。
4. 【請求項４】 請求項３の計測ステーションにおいて、
   計測中に、前記グリッパの少なくとも二つは静止してお
   り、少なくとも一つは移動可能であることを特徴とする
   計測ステーション。
5. 【請求項５】 請求項４の計測ステーションにおいて、
   前記グリッパは、対向するヒンジを有するＷ字形支持可
   撓体によって前記ロータに接続されていることを特徴と
   する計測ステーション。
6. 【請求項６】 請求項５の計測ステーションにおいて、
   前記可撓体は、前記ロータに直接に接続されたベース板
   を有し、そのベース板は第１の端部で二つの平行アーム
   に接続され、その二つの平行アームは第２の端部で中央
   アームに接続され、その中央アームは反対の端部で反対
   方向動作を起こすようにグリッパフィンガＶ字溝ブロッ
   クに接続され、その反対方向動作は前記アームに形成さ
   れたスプリットによって助成され、そのスプリットは、
   前記アームが平行四辺形として機能するのを許容するよ
   うに両方の端部に開口を有し、これにより、前記アーム
   が曲がるときに前記各アームの上部および下部が異なる
   割合で曲がることができるように構成されていることを
   特徴とする計測ステーション。
7. 【請求項７】 請求項３の計測ステーションにおいて、
   前記ウエハが前記グリッパに保持されたときにほぼその
   ウエハの面内にあるように前記ロータの上に配設された
   複数の較正ゲージを有することを特徴とする計測ステー
   ション。
8. 【請求項８】 請求項７の計測ステーションにおいて、
   前記ロータの上に等間隔に配設された三つのマスタアー
   クの上に配設された少なくとも３０個のマスタ較正ゲー
   ジを有し、そのマスタ較正ゲージのそれぞれが、全体で
   少なくとも５種類の厚さ値が前記マスタ較正ゲージによ
   って代表されるような厚さを有していることを特徴とす
   る計測ステーション。
9. 【請求項９】 請求項３の計測ステーションにおいて、
   前記センサが動的取付体の上に配設されていることを特
   徴とする計測ステーション。
10. 【請求項１０】 半導体ウエハの平坦度と厚さと形状と
    のうちの少なくとも一つを試験するために、半導体ウエ
    ハを回転支持する装置において、 回転のためにウエハを保持するため複数のグリッパを間
    隔をおいて周囲に配設したロータと、 そのロータの回転位置を電子的に示すエンコーダと、 前記ロータの周囲に配置され、Ｖ字溝ブロック内におい
    てウエハが前記ロータ内で鉛直となるように保持するグ
    リッパとを有し、 そのグリッパは、スリットアームを持つＷ字形支持体を
    有し、そのアームは、前記内側のＷ字形アームに取り付
    けたＶ字溝ブロックと前記外側のＷ字形アームに設けら
    れたロータ用アタッチメントとの間の平行四辺形として
    機能するものであり、 さらに、前記グリッパのうちの少なくとも二つに向けて
    弾性ばね荷重を加える前記グリッパのための弾性サスペ
    ンションを有し、その少なくとも二つのグリッパは、ウ
    エハが前記グリッパ内に支持されている間、ロータに対
    して所定の位置を越えてウエハに向かう動作に抗するよ
    うに保持されるものであり、 前記ロータの上で前記ウエハの面内で支持された複数の
    較正ゲージであって、種々の厚さおよび位置を有し、前
    記ロータから取り外せる複数のセグメントにグループ化
    され、較正ゲージは各セグメントから取り外し得る較正
    ゲージと、 距離を表す出力信号を提供するウエハ試験プローブであ
    って、ウエハが前記ロータ内で支持されたときにそれら
    の間のウエハまでの距離を測定するために、前記装置内
    で一表面の上方に支持されたウエハの面とほぼ平行な面
    内で移動可能なプローブアーム内に支持されたプローブ
    と、 前記プローブアームをその上で動的に支持する、空気に
    よって支持されたプローブアーム支持体と嵌まり合う前
    記表面の中央長尺隆起部と、 前記表面上方のプローブアームの直線的位置を電子的に
    定義する直線エンコーダと、 前記ロータに回転を与え、慣性による回転をさせるよう
    にそのロータを切り離すロータ駆動機構と、 前記プローブアームに直線運動を与え、前記プローブ
    が、前記エンコーダを通じて、前記ロータの慣性による
    回転に合わせてウエハの両面を横切るように動くように
    し、前記プローブが、ウエハの表面を横切る所定のパタ
    ン内を動くようにし、前記較正ゲージの前記プローブに
    より走査を与える、プローブアーム駆動機構と、 前記ロータ駆動機構およびプローブに接続され、前記ロ
    ータの慣性回転の途中で、前記パタンと前記較正トレー
    スの中選択された点で、データを取る計測制御装置と、 からなる構成要素の内の一つ以上を具備する装置。
11. 【請求項１１】 請求項１０のプローブ距離を表す出力
    信号のための信号処理装置において、 前記プローブをある周波数で励起する交流励起手段であ
    って、それからの出力信号が前記周波数の交流信号であ
    る交流励起手段と、 前記交流出力信号をデジタル値として、前記周波数で各
    周期に少なくとも２回サンプリングし、各プローブのデ
    ジタル出力信号のサンプルストリームを形成するデジタ
    ルサンプラと、 前記デジタル出力信号のサンプルストリーム内から周期
    的に発生する選択された信号にマークを付けるマーカ
    と、 各サンプルストリームから直流で表す信号のストリーム
    を作るための同期復調器、ベースバンドおよびノイズフ
    ィルタと、 前記直流で表す信号のストリーム内のマークされない信
    号を除去するための除去器と、 からなる構成要素の内の一つ以上を具備する信号処理装
    置。