JPH11160058A - 膜厚測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数の半導体ウエハの膜厚測定をより効率良
く行う。 【解決手段】 ウエハカセットを載置する載置ステージ
１と、ウエハカセットに対してウエハを出し入れするイ
ンデクサ部２と、半導体ウエハの膜厚を測定する測定部
３とを備えて膜厚測定装置を構成した。測定部３には、
被測定ウエハの保持部分となる測定ステージ４と、この
測定ステージ４の上部に配置される膜厚測定のための測
定ヘッド５とを設け、測定ステージ４には、ウエハを移
動可能に保持する六軸テーブル４１と、プリアライメン
ト用センサ４７と、ウエハを待機させるための補助ステ
ージ４８とを設けた。補助ステージ４８としては、測定
前のウエハを待機させる供給側ステージ４８１と、測定
後のウエハを待機させる排出側ステージ４８２とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積回路作
成用のフォトマスク基板、半導体ウエハや液晶表示装置
用のガラス基板などの基板上に形成された透明薄膜の膜
厚を測定する膜厚測定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハ等の基板上に形成された透
明薄膜の膜厚を測定する膜厚測定装置として、本願出願
人は、特開平８−３２０３８９号公報に開示されるよう
な装置を提案し出願している。

【０００３】この装置は、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、ウエハカセットを載置する
載置部と、搬送手段であるローダと、半導体ウエハの偏
心を検出するプリアライメント部と、膜厚測定のための
光学系を内蔵した測定ヘッドと、該測定ヘッドによる被
測定ウエハを保持する測定ステージとを備えている。

【０００４】この装置によれば、ローダによってウエハ
カセットから取出された半導体ウエハは、まず、ローダ
によりプリアライメント部に移載されて偏心検出（プリ
アライメント）が行われた後、再度ローダにより取上げ
られて測定ステージに移載される。そして、測定ヘッド
直下の測定位置に配置され、この状態で膜厚測定が行わ
れる。そして、膜厚測定が終了すると、上記ローダによ
り測定ステージから取上げられてウエハカセットに収納
されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置では、
一枚の半導体ウエハの一連の測定動作が完全に終了した
後、つまり、ウエハカセットから半導体ウエハを取出し
て膜厚測定を行い、この半導体ウエハを再びウエハカセ
ットに収納した後に、次の半導体ウエハをウエハカセッ
トから取出すように構成されている。そのため、複数枚
の半導体ウエハの膜厚測定を行う場合には、必ずしも効
率が良いとはいえず、この点に改善の余地がある。

【０００６】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたものであり、複数の半導体ウエハの膜厚測定をより
効率良く行うことができる膜厚測定装置を提供すること
を目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の膜厚測定装置は、基板の表面に形成された
薄膜の膜厚を測定する測定ヘッドと、基板を一時的に待
機させる待機手段と、この待機手段と前記測定ヘッドに
よる所定の測定位置との間で基板を搬送するとともに、
前記測定位置に基板を位置決めする搬送位置決め手段と
を備えているものである（請求項１）。このような装置
によれば、膜厚測定の最中に、測定前の基板の搬入、あ
るいは測定後の基板の搬出を行うことができる。

【０００８】つまり、前記測定ヘッドによる測定が行わ
れていない測定前の基板を待機させる供給側待機部を前
記待機手段に設けるようにすれば（請求項２）、待機手
段の供給側待機部に一枚目の基板を搬入し、この基板を
搬送位置決め手段によって測定ヘッドによる測定位置に
搬送、位置決めして該基板の膜厚測定を行うとともに、
この基板の膜厚測定中に、二枚目の基板を供給側待機部
に搬入しておき、一枚目の基板の測定終了後、搬送位置
決め手段から一枚目の基板を搬出するとともに、待機中
の二枚目の基板を搬送位置決め手段により上記測定位置
に搬送、位置決めするという動作を行わせることができ
る。

【０００９】また、前記測定ヘッドによる測定が行われ
た測定後の基板を待機させる排出側待機部を前記待機手
段に設けるようにすれば（請求項３）、測定前の基板を
搬送位置決め手段に搬入し、この基板を上記測定位置に
位置決めして該基板の膜厚測定を行った後、この基板を
測定位置から待機手段の排出側待機部に搬送、待機さ
せ、二枚目の基板を搬送位置決め手段に搬入した後、二
枚目の基板の測定中に、待機中の一枚目の基板を搬出さ
せるという動作を行わせることができる。

【００１０】そのため、複数枚の基板の膜厚測定を行う
場合には、上記のように、膜厚測定と、未測定基板の装
置への搬入および測定済み基板の装置からの搬出を並行
して行うことができる分、基板の膜厚測定を効率良く行
うことが可能となる。

【００１１】なお、上記のような構成において、さら
に、基板を収納可能に構成されたカセットを載置するカ
セット載置手段と、前記カセット載置手段に載置された
カセットと前記待機手段との間で基板を移載する移載手
段とを設けるようにすれば（請求項４）、カセットに対
する基板の取出しから測定終了後の基板の収納までの作
業を自動的に行うことができ、より効率良く複数枚の基
板の膜厚測定を行うことが可能となる。

【００１２】また、前記供給側待機部において基板を位
置決めする位置決め手段を設けたり（請求項５）、ある
いは前記排出側待機部において基板を位置決めする位置
決め手段を設けるようにすれば（請求項６）、各待機部
の一定の位置に基板を保持することができ、各待機部と
搬送位置決め手段との間での基板の受渡しを良好に行う
ことが可能となる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図面
を用いて説明する。図１は本発明に係る膜厚測定装置を
示す斜視図である。この図に示す膜厚測定装置は、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
り、ウエハカセットを載置する載置ステージ１（カセッ
ト載置手段）と、ウエハカセットに対して半導体ウエハ
（以下、ウエハと略す）を出し入れするインデクサ部２
と、半導体ウエハの膜厚を測定する測定部３とを備えて
いる。この実施の形態にかかる膜厚測定装置では、上記
インデクサ部２を中心として、その周囲に上記載置ステ
ージ１及び測定部３が配置されたレイアウト構成となっ
ている。

【００１４】上記載置ステージ１は、図示の例では二つ
設けられており、各ステージ１には、複数枚のウエハを
多段に収納したウエハカセット１１，１２が、それぞれ
収納口をインデクサ部２に臨ませた状態で載置されてい
る。なお、本実施形態の装置では、直径２００mm及び３
００mmの２種類のウエハが測定対象となる。

【００１５】上記インデクサ部２には、ウエハの搬送手
段であるインデクサロボット２１（移載手段）と、該イ
ンデクサロボット２１により上記ウエハカセット１１，
１２から取り出されたウエハの中心位置修正（センタリ
ング）を行う中心調整装置２２とが設けられている。

【００１６】インデクサロボット２１は、上下動可能な
水平多関節型のロボットからなり、そのアーム先端には
ウエハを保持するための薄板状のハンド２１１が装着さ
れている。ハンド２１１の表面には、吸引孔２１２が開
口しており、該吸引孔２１２を介して負圧が供給される
ことにより、ハンド２１１によってウエハを吸着、保持
するようになっている。

【００１７】中心調整装置２２は、上記ハンド２１１に
対するウエハ位置を修正するもので、接離可能な一対の
チャック２２１を備えており、上記ウエハカセット１
１，１２から取り出されたウエハを、上記チャック２２
１により径方向に挾持することによりウエハ位置を機械
的に修正するように構成されている。

【００１８】測定部３は、被測定ウエハの保持部分とな
る測定ステージ４と、この測定ステージ４の上部に配置
される膜厚測定のための測定ヘッド５とを有している。

【００１９】測定ステージ４には、ウエハを移動可能に
保持する六軸テーブル４１（搬送位置決め手段）と、プ
リアライメント用センサ４７と、ウエハを待機させるた
めの補助ステージ４８（待機手段）とが設けられてい
る。

【００２０】六軸テーブル４１は、ウエハを吸着保持す
るための円盤状の保持プレート４１１と、これを六軸方
向、すなわち、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸及びこれら各軸回り
（θＹ方向、θＸ方向，θ方向）に変位可能に支持する
支持機構４１２から構成されており、保持プレート４１
１を上記各方向に移動させながら補助ステージ４８との
間でウエハの受渡しを行うとともに、上記測定ヘッド５
及びプリアライメント用センサ４７の所定の測定位置に
ウエハを配置するように構成されている。

【００２１】プリアライメント用センサ４７は、光の照
射部４７１と受光部４７２とを所定の検査空間を挟んで
上下に配置したもので、上記検査空間にウエハ端縁部を
介在させた状態でウエハを回転させることにより、プリ
アライメント、すなわち上記保持プレート４１１の中心
に対するウエハ中心の偏心を検出するようになってい
る。

【００２２】補助ステージ４８は、インデクサ部２と六
軸テーブル４１との間に配設されており、図示の例で
は、測定前のウエハを載置した状態で待機させる供給側
ステージ４８１（供給側待機部）と、同様にして測定後
のウエハを待機させる排出側ステージ４８２（排出側待
機部）とが並べて設けられている。

【００２３】各ステージ４８１，４８２は、ウエハを水
平に支持する支持プレート４８３と、この支持プレート
４８３を昇降させるための昇降機構とを備えた同一の構
成となっている。

【００２４】支持プレート４８３は、図２及び図３に示
すように、上記六軸テーブル４１に向かって開口する切
欠部４８５を有したＵ字型とされており、この切欠部４
８５の両側（図２では上下両側）に形成された肉厚部４
８６でウエハを支持するようになっている。両肉厚部４
８６の表面には、直径２００mmのウエハＷａを支持する
支持部４８７と、直径３００mmのウエハＷｂを支持する
支持部４８８が階段状に形成されており、これら支持部
４８７，４８８において各ウエハＷａ，Ｗｂがそれぞれ
支持されるようになっている。なお、各支持部４８７，
４８８の側壁部分は、図２に示すように各ウエハＷａ，
Ｗｂの輪郭に一致した形状とされ、これにより各ウエハ
Ｗａ，Ｗｂが位置決めされた状態で支持されるようにな
っている。つまり、これによりウエハを供給側及び排出
側の各待機部に位置決めする本願の位置決め手段が構成
されている。

【００２５】支持プレート４８３の一方側の肉厚部４８
６には接続プレート４８９が取付けられ、この接続プレ
ート４８９を介して支持プレート４８３が上記昇降機構
に連結されている。

【００２６】昇降機構は、図４乃至図６に示すように、
上記測定ステージ４の基台上に立設される鉛直方向のガ
イド４９２と、このガイド４９２にスライド自在に装着
され、２本のシャフト４９０を介して上記接続プレート
４８９に接続される可動部材４９３と、モータ４９４に
より回転駆動され、可動部材４９３に取付けられたカム
フォロア４９６を介して可動部材４９３に係合する偏心
カム４９５とから構成されている。つまり、上記モータ
４９４が作動すると、偏心カム４９５の回転に応じて可
動部材４９３がガイド４９２に沿って昇降させられ、こ
れによりシャフト４９０及び接続プレート４８９を介し
て支持プレート４８３を昇降させるように構成されてい
る。

【００２７】また、モータ４９４の出力軸には半月板４
９７が装着されており、モータ４９４の出力軸を挟んで
その両側に配置された一対のセンサ４９８，４９９によ
り上記半月板４９７を検知することにより、上記支持プ
レート３８３が上昇端位置（図６の二点鎖線に示す位
置）に達した状態、あるいは下降端位置（図６の実線に
示す位置）に達した状態が検知されるようになってい
る。

【００２８】なお、図１において、符号３１は、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
するために装置の前部に設けられた操作部で、この操作
部３１の上方には、作業者に対して種々のメッセージや
情報等を表示するモニター（図示せず）が設けられてい
る。

【００２９】次に、上記の膜厚測定装置による膜厚測定
動作について、ウエハの流れを示す図７のタイミングチ
ャートに基づいて説明する。

【００３０】同図の実線に示すように、上記インデクサ
ロボット２１によりウエハカセット１１又は１２から取
り出されたウエハ（一枚目のウエハ）は、まず、中心調
整装置２２によりセンタリングが行われて供給側ステー
ジ４８１に載置され、該供給側ステージ４８１から六軸
テーブル４１の保持プレート４１１に受渡される。

【００３１】この際、インデクサロボット２１から供給
側ステージ４８１へのウエハの受渡し、供給側ステージ
４８１から六軸テーブル４１へのウエハの受渡しはそれ
ぞれ次のようにして行われる。

【００３２】まず、インデクサロボット２１から供給側
ステージ４８１へのウエハの受渡しは、上記供給側ステ
ージ４８１の支持プレート４８３が上昇端位置に保持さ
れ、ウエハを保持したハンド２１１が支持プレート４８
３の上方に配置される。そして、ハンド２１１の下降に
伴いウエハが支持プレート４８３上に載置される。この
際、ハンド２１１は、図３に示すように、支持プレート
４８３の各肉厚部３８６間に形成されたすき間Ｓに介装
されるようになっており、ウエハ（図示の例ではウエハ
Ｗｂ）が各肉厚部４８６に支持された後、さらにこのす
き間Ｓ内でハンド２１１が下降させられてからハンド２
１１が引抜かれることにより、ハンド２１１から支持プ
レート４８３へとウエハが受渡される。

【００３３】一方、供給側ステージ４８１から六軸テー
ブル４１へのウエハの受渡しは、まず、上昇端位置に保
持されている支持プレート４８３の切欠部４８５の下方
に上記六軸テーブル４１の保持プレート４１１が配置さ
れる。そして、支持プレート４８３が下降端位置まで変
位させられることにより、図６に示すように、支持プレ
ート４８３上のウエハが六軸テーブル４１の保持プレー
ト４１１上に受渡される。この際、保持プレート４１１
は、支持プレート４８３の切欠部４８５を介して支持プ
レート４８３の上方に突出してウエハを受取ることとな
る。

【００３４】こうして、六軸テーブル４１へのウエハの
受渡しが完了すると、六軸テーブル４１がプリアライメ
ント用センサ４７の位置に移動し、プリアライメント用
センサ４７によるウエハの検出（プリアライメント）が
行われた後、ウエハが測定ヘッド５直下の所定の測定位
置に配置されて膜厚測定が行われる。

【００３５】このように一枚目のウエハのプリアライメ
ント及び膜厚測定が行われている間、図７の一点鎖線に
示すように、上記インデクサロボット２１によってウエ
ハカセット１１又は１２から次のウエハ（二枚目のウエ
ハ）が取出され、中心調整装置２２によるセンタリング
が行われて供給側ステージ４８１に載置される。

【００３６】一枚目のウエハの膜厚測定が終了すると、
該ウエハが六軸テーブル４１から排出側ステージ４８２
に受渡され、その後、インデクサロボット２１により排
出側ステージ４８２から取上げられてウエハカセット１
１又は１２に収納される。この際、六軸テーブル４１か
ら排出側ステージ４８２へのウエハの受渡しや排出側ス
テージ４８２からインデクサロボット２１へのウエハの
受渡しは、上記のインデクサロボット２１から供給側ス
テージ４８１へのウエハの受渡し、供給側ステージ４８
１から六軸テーブル４１へのウエハの受渡しと逆の動作
に基づいて行われることとなる。こうして、一枚目のウ
エハの膜厚測定の全工程が終了する。

【００３７】なお、上記のように一枚目のウエハが排出
側ステージ４８２に移載されると、保持プレート４１１
が供給側ステージ４８１側へと移動され、待機中のウエ
ハが供給側ステージ４８１から六軸テーブル４１に受渡
される。そして、一枚目のウエハと同様にして、二枚目
のウエハのプリアライメント及び膜厚測定が順次行われ
るとともに、その最中に、図中、破線で示すようにイン
デクサロボット２１により次のウエハ（３枚目のウエ
ハ）がウエハカセット１１又は１２から取り出される。

【００３８】こうして以後同様に、ウエハのプリアライ
メント及び膜厚測定と、ウエハカセット１１又は１２に
対するウエハの出し入れが並行して行われつつ、各ウエ
ハカセット１１，１２に収納されたウエハの膜厚測定が
行われることとなる。

【００３９】以上説明したように上記の膜厚測定装置で
は、インデクサ部２と六軸テーブル４１との間に測定前
のウエハや測定後のウエハを一旦待機させるための供給
側及び排出側の各ステージ４８２を設け、上述のよう
に、ウエハのプリアライメント及び膜厚測定と、ウエハ
カセット１１又は１２に対するウエハの出し入れとを並
行して行うことができるようにしたので、カセットから
の取出し、測定、カセットへの収納といった一連の測定
動作を完全に終えた後に次のウエハの測定動作、つまり
カセットからのウエハの取出しを行う従来のこの種の装
置に比べると、上述のように２枚のウエハの測定動作の
一部を並行して行うことができる分、効率良くウエハの
膜厚測定を行うことができる。

【００４０】なお、上記実施の形態では、インデクサ部
２を設けてウエハカセット１１，１２に対するウエハの
出し入れをインデクサロボット２１によって行うように
しているが、例えば、インデクサ部２を省略した構成と
し、ウエハカセット１１，１２から供給側ステージ４８
１への基板の取出しおよび排出側ステージ４８２からウ
エハカセット１１，１２への基板の収納を作業者の手作
業で行うようにしてもよい。この場合には、排出側ステ
ージ４８２からのウエハの取出しを装置前部（つまり、
操作部３１の配置側）から容易に行えるように、六軸テ
ーブル４１を挟んで供給側ステージ４８１と対向する位
置に排出側ステージ４８２を設けるようにしてもよい。

【００４１】また、上記実施の形態では、補助ステージ
として供給側および排出側の２つのステージ４８１，４
８２を設けているが、いずれか一方のステージのみを設
けるようにしてもよい。この際、例えば、供給側ステー
ジ４８１のみを設ける場合には、測定後のウエハを直接
六軸テーブル４１から取り上げてウエハカセット１１，
１２に収納するようにすればよく、逆に排出側ステージ
４８２のみを設ける場合には、ウエハカセット１１，１
２から直接六軸テーブル４１へウエハをセットするよう
にすればよい。さらに、供給、排出を兼用するようにし
てもよい。

【００４２】さらに、支持プレート４８３を昇降させる
ための機構も上記実施の形態のような機構以外に、例え
ば、エアシリンダにより支持プレート４８３を昇降させ
るような機構を採用するようにしても構わない。但し、
上記実施の形態のような機構は、エアシリンダを用いて
支持プレート４８３を昇降させる機構に比べると上下方
向の構成がコンパクトになるので、構造的に上下方向の
スペースを抑える必要がある場合には有利である。

【００４３】また、上記実施の形態では、支持プレート
４８３上でのウエハの位置決め手段として、側壁部分を
ウエハの輪郭形状とした支持部４８７，４８８を両肉厚
部４８６の表面に階段状に刻設するようにしているが、
これ以外に、例えば、支持プレート４８３上にピンを立
設してウエハの位置決めを行うようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の膜厚測定
装置は、基板に形成された膜厚を測定する測定ヘッド
と、基板を待機させる待機手段と、この待機手段と測定
ヘッドによる所定の測定位置との間で基板を搬送すると
ともに、前記測定位置に基板を位置決めする搬送位置決
め手段とを備え、これにより基板の膜厚測定中に、次に
測定すべき基板を装置に搬入し、あるいは測定後の基板
を装置から搬出することができるようにしたので、基板
の搬入、測定、搬出といった一連の測定動作を完全に終
えた後でなければ次に測定すべき基板の測定動作に移る
ことができない従来のこの種の装置と比較すると、複数
枚の基板の膜厚測定を効率良く行うことができる。

【００４５】特に、この装置において、カセットを載置
するカセット載置手段と、前記カセット載置手段に載置
されたカセットと待機手段との間で基板を移載する移載
手段とをさらに設けるようにすれば、カセットに対する
基板の取出しから測定終了後の基板の収納までの作業を
自動的に行うことができ、より効率良く複数枚の基板の
膜厚測定を行うことができる。

【００４６】また、供給側待機部において基板を位置決
めする位置決め手段を設けたり、あるいは排出側待機部
において基板を位置決めする位置決め手段を設けるよう
にすれば、各待機部の一定の位置に基板を保持すること
ができ、各待機部と搬送位置決め手段との間での基板の
受渡しを良好に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る膜厚測定装置を示す斜視概略図で
ある。

【図２】供給側ステージ（排出側ステージ）の支持プレ
ートを示す平面略図である。

【図３】支持プレートを示す図２におけるＡ−Ａ断面図
である。

【図４】支持プレートの昇降機構を示す供給側ステージ
（排出側ステージ）の要部側面図である。

【図５】昇降機構を示す図４のＢ−Ｂ断面図である。

【図６】供給側ステージから六軸テーブルへの半導体ウ
エハの受渡し動作を説明する図（図３に対応する図）で
ある。

【図７】膜厚測定装置における半導体ウエハの流れを説
明するタイミングチャートである。

【符号の説明】

１ 載置ステージ（カセット載置手段） １１，１２ ウエハカセット ２ インデクサ部 ２１ インデクサロボット（移載手段） ２２ 中心調整装置 ３ 測定部 ４ 測定ステージ ５ 測定ヘッド ４１ 六軸テーブル（搬送位置決め手段） ４１１ 保持プレート ４１２ 支持機構 ４７ プリアライメント用センサ ４８ 補助ステージ（待機手段） ４８１ 供給側ステージ（供給側待機部） ４８２ 排出側ステージ（排出側待機部）

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面に形成された薄膜の膜厚を測
   定する測定ヘッドと、基板を一時的に待機させる待機手
   段と、この待機手段と前記測定ヘッドによる所定の測定
   位置との間で基板を搬送するとともに、前記測定位置に
   基板を位置決めする搬送位置決め手段とを備えているこ
   とを特徴とする膜厚測定装置。
2. 【請求項２】 前記待機手段は、前記測定ヘッドによる
   測定が行われていない測定前の基板を待機させる供給側
   待機部を有することを特徴とする請求項１記載の膜厚測
   定装置。
3. 【請求項３】 前記待機手段は、前記測定ヘッドによる
   測定が行われた測定後の基板を待機させる排出側待機部
   を有することを特徴とする請求項１または２記載の膜厚
   測定装置。
4. 【請求項４】 基板を収納可能に構成されたカセットを
   載置するカセット載置手段と、前記カセット載置手段に
   載置されたカセットと前記待機手段との間で基板を移載
   する移載手段とをさらに備えていることを特徴とする請
   求項１乃至３のいずれかに記載の膜厚測定装置。
5. 【請求項５】 前記供給側待機部において基板を位置決
   めする位置決め手段を備えていることを特徴とする請求
   項２記載の膜厚測定装置。
6. 【請求項６】 前記排出側待機部において基板を位置決
   めする位置決め手段を備えていることを特徴とする請求
   項３記載の膜厚測定装置。