KR20080033227A - 캐리어 형상 측정기 - Google Patents

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Abstract

캐리어 형상 측정기는, 측정대상인 캐리어를 지지하는 스테이지와, 상기 캐리어의 형상을 측정하는 측정부를 가지며, 상기 스테이지는, 키네마틱 커플링에 의하여 상기 캐리어를 지지하기 위하여 키네마틱 커플링 핀을 가진다.
키네마틱 커플링

Description

캐리어 형상 측정기{CARRIER SHAPE MEASUREMENT DEVICE}
다음의 우선권 출원의 명세서를 여기에서 참조로서 병합한다.
2000년 5월 25일 출원된 일본 특허 출원 제2000-155496호.
본 발명은 정밀한 형상이 필요한 물품의 형상측정기에 관한 것으로, 특히 반도체 디바이스의 제조라인에서 반도체 웨이퍼를 복수장 정리하여 반송하기 위해서 사용되는 캐리어를 측정 대상으로 하는 형상측정기에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조라인에서는 막형성이나 가공 등을 실행하는 장치에서 장치로 반도체 웨이퍼를 반송하기 위해서, 반도체 웨이퍼를 캐리어라고 하는 용기에 복수장 수용하여 반송하는 방법이 이용되고 있다. 이러한 캐리어는 일반적으로 용기 내벽의 양 옆에 일정한 간격으로 몇 줄의 홈을 형성한 형상으로, 이 홈으로 반도체 웨이퍼의 양 옆을 지지함으로써 복수의 반도체 웨이퍼를 일정한 간격을 두고 수평으로 중첩한 상태에서 유지하는 구성으로 되어 있다.
반송된 캐리어에서 반도체 웨이퍼를 꺼내어 막형성이나 가공 등을 실행하는 장치 내로 반입할 때에는, 로봇 아암이라고 하는 장치가 박판형의 아암 선단을 캐리어 내의 반도체 웨이퍼와 반도체 웨이퍼 사이에 삽입한다. 그 후, 로봇 아암 선단은 1 장의 반도체 웨이퍼를 하면측에서 들어올리면서 홈을 따라 바로 앞으로 인출하는 동작을 하며 반도체 웨이퍼를 캐리어에서 꺼낸다.
이 때 캐리어 내에 유지되고 있는 반도체 웨이퍼와 반도체 웨이퍼 간격이 설계값의 허용값에서 벗어나면 로봇 아암 선단이 인접한 반도체 웨이퍼 상면에 접촉될 우려가 있다. 반도체 웨이퍼 상면에는 지금까지의 공정에서 막형성이나 가공이 실시되고 있어, 흠집이나 오염을 피하기 위해서 로봇 아암 선단이 접촉하는 일은 바람직하지 않다. 또, 반도체 웨이퍼가 캐리어에 지지되고 있는 높이가 설계값에서 벗어나면, 로봇 아암이 반도체 웨이퍼 상면에 접촉될 가능성 이외에도 반도체 웨이퍼의 앞측 단면에 충돌하여 반도체 웨이퍼를 파손시킬 우려가 있다. 또, 반도체 웨이퍼가 경사져 있으면 로봇 아암 선단이 반도체 웨이퍼를 들어올릴 수 없다. 따라서, 반도체 웨이퍼가 캐리어에 지지되고 있는 높이, 반도체 웨이퍼의 간격, 반도체 웨이퍼의 경사는 모두 설계값의 허용값 범위 내에 들어가 있는 것이 매우 중요하다.
따라서, 캐리어 제조 메이커의 캐리어 출하시 또는 반도체 디바이스 메이커의 캐리어 인수시에는 캐리어가 설계값대로의 형상인지의 여부를 형상측정하는 것이 실행되고 있다. 또, 캐리어는 반도체 디바이스의 제조라인의 세정공정 등에서 고온으로 처리되기 때문에 캐리어에 변형이 생기는 경우도 있다. 따라서, 디바이스 제조 메이커에서는 제조라인 도중에 캐리어 형상이 설계값대로의 형상인지의 여부를 측정하는 것이 실행되고 있다.
종래의 캐리어 형상측정기로는 배면과 전면에 개구가 있는 오픈캐리어 (open carrier) 라고 하는 캐리어를 측정하는 장치가 알려져 있다. 이 오픈캐리어를 배면측에서 조명하고 전면측에서 CCD 카메라 등으로 캐리어 외형이나 홈 형상의 화상을 촬상하여 이것을 화상 처리함으로써 형상을 측정하는 구성이였다.
그러나, 캐리어의 홈은 캐리어의 양 옆에 형성되어 있어 이 홈 형상을 측정해도 그 값에서 그 홈에 지지되는 웨이퍼 중앙부의 간격이나 높이나 경사를 정확히 구하는 것은 어려웠다. 특히, 종래의 캐리어 형상측정기에서는 캐리어 전면에서 촬상된 화상을 사용하기 때문에, 홈의 안쪽 방향에서 홈이 어떠한 형상으로 되어 있는지에 대해서는 CCD 카메라의 초점심도 이상의 정보를 얻을 수 없다. 따라서, 이 홈에 지지되는 웨이퍼 간격이나 높이나 경사를 밀리미터 오더로 구할 수는 있어도 정밀도를 그 이상으로 향상시키는 것은 매우 어려웠다.
특히, 최근에는 직경 300 ㎜ 이상이라는 큰 반도체 웨이퍼가 사용되는 경우가 늘어나고 있다. 캐리어 내에서는 이 큰 반도체 웨이퍼의 양 옆을 깊이 수 밀리의 홈으로 지지하기 때문에 홈 형상에서 웨이퍼 중앙부의 간격이나 경사 등의 지지 상태를 아는 것은 점점 어려워진다. 또한, 직경이 큰 반도체 웨이퍼의 경우 웨이퍼에 약간이라도 경사가 있으면 인접하는 웨이퍼와의 간격에 매우 좁은 부분이 생겨 밀리미터 오더의 측정 정밀도가 부족하게 되어 측정 정밀도의 향상이 요구되고 있다.
또, 종래의 캐리어 형상측정기는 오픈 캐리어 측정용이기 때문에 SEMI 규격으로 FOUP (Front Opening Unified Pod) 라고 하는 직경 300㎜ 의 웨이퍼용 캐리어와 같이 배면이 막혀 있고 전면에 덮개가 있는 밀폐식 캐리어를 측정할 수는 없었다.
본 발명은, 캐리어 및 캐리어에 수용된 반도체 웨이퍼의 자세를 정밀도 좋게 측정할 수 있는 캐리어 형상 측정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 캐리어 형상 측정기는 측정대상인 캐리어를 지지하는 스테이지와, 상기 캐리어 형상을 측정하는 측정부를 가지며, 상기 스테이지는 키네마틱 커플링에 의하여 상기 캐리어를 지지하기 위하여 키네마틱 커플링 핀을 가진다.
이 캐리어 형상 측정기에서, 상기 스테이지는 상기 키네마틱 커플링에 의하여 지지된 상기 캐리어에 대하여 결정되는 수평 기준면, 페이셜 기준면, 바이라테럴 기준면 중의 적어도 하나와 일치하는 면 또는 평행한 면을 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 측정부는 상기 캐리어 형상을 상기 스테이지의 상기 일치하는 면 또는 상기 평행한 면을 기준으로 하여 측정하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 측정부를 상기 캐리어에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동부를 가지고, 상기 이동부의 이동방향은, 상기 일치하는 면 또는 상기 평행한 면에 대하여 평행 또는 수직인 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 측정부의 측정결과를 연산하는 연산부를 가지고, 이 연산부는 상기 측정부가 측정한 상기 캐리어 내에 수납된 웨이퍼 둘레의 복수 지점의 좌표를, 미리 정해진 수식에 대입함으로써 상기 웨이퍼의 중심 좌표를 구하는 것이 바람직하다
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 스테이지는 상기 키네마틱 커플링 핀을 요동시키는 기구부를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 캐리어와 상기 키네마틱 커플링 핀과의 끼워맞춤이 정상인지 아닌지를 검출하는 검출부와, 상기 검출부가 끼워맞춤을 정상으로 검출한 경우에는 상기 기구부에 요동을 정지시키는 제어부를 가지는 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 키네마틱 커플링 핀은, 선단(先端)으로부터 상기 캐리어를 향하여 공기를 분출하기 위한 공기분출구와, 상기 공기분출구까지 공기를 보내는 유로를 가지는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 캐리어와 상기 키네마틱 커플링 핀과의 끼워맞춤이 정상인지 아닌지를 검출하는 검출부와, 상기 검출부가 끼워맞춤을 정상으로 검출한 경우에는 상기 유로에 대한 공기 공급을 정지시키는 제어부를 가지는 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 키네마틱 커플링 핀은 3 개로 구성되고, 이 3 개의 핀은 미리 정해진 배열로 배열되고, 상기 스테이지는 상기 캐리어를 소망의 방향에서 상기 키네마틱 커플링 핀에 지지시키기 위하여, 상기 3 개의 핀간의 배열을 유지한 상태에서, 상기 스테이지상의 상기 3 개의 핀의 배열 방향을 변환시킬 수 있는 구조인 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 스테이지는 상기 키네마틱 커플링 핀이 구비된 플레이트와, 상기 플레이트를 탑재하는 지지부를 가지고, 상기 지지부는 상기 3 개의 핀의 배열 방향을 변환시키기 위하여, 상기 플레이트의 탑재 방향을 변환시킬 수 있는 기구를 가지는 것이 바람직하다. 나아가 상기 측정부의 측정결과에서, 상기 캐리어의 치수를 연산하는 치수연산부를 가지고, 이 치수연산부는 상기 측정결과의 좌표를 그대로 사용하여, 또는 상기 좌표변 환부가 변환된 좌표를 사용하여 상기 캐리어의 치수를 연산하는 것이 바람직하다. 또한 상기 스테이지는 상기 키네마틱 커플링 핀이 구비된 플레이트와, 상기 플레이트를 회전시키는 회전부를 갖게 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스테이지는 상기 3 개의 핀의 배열 방향이 각각 상이한 복수의 키네마틱 커플링 핀과, 상기 복수의 키네마틱 커플링 핀을 상기 스테이지상에 출몰 (出沒) 시키기 위한 기구부와, 상기 기구부를 제어하여 상기 복수의 키네마틱 커플링 핀 중의 하나를 선택적으로 상기 스테이지상에 돌출시키는 제어부를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 스테이지상의 상기 키네마틱 커플링 핀의 방향에 따라서, 측정결과의 좌표를 좌표변환시키는 좌표변환부를 가지는 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 측정부의 측정결과를 연산하는 연산부를 가지고, 상기 연산부는 상기 측정부가 측정한 상기 캐리어의 웨이퍼 지지부의 좌표, 및 상기 측정부가 측정한 상기 캐리어에 수납되어 있는 웨이퍼 둘레의 일점의 좌표 중 적어도 일측에, 상기 웨이퍼의 무게에서 미리 구해놓은 자체중량 (自重) 휨량을 가함으로써, 상기 웨이퍼의 중심좌표를 구하는 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 측정부의 측정결과를 연산하는 연산부를 가지고, 상기 연산부는 상기 측정부가 측정한 상기 캐리어의 좌우의 웨이퍼 지지부의 좌표를 사용하여, 상기 웨이퍼 지지부에 지지되는 상기 웨이퍼의 경사를 구하는 것이 바람직하다.
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 스테이지는 상기 캐리어의 설계형상과 일치하는 면 또는 평행한 면을 가지는 것이 바람직하다
상기 캐리어 형상 측정기에 있어서, 상기 측정부는 상기 캐리어 형상을 상기 일치하는 면 또는 상기 평행한 면과 비교함으로써 측정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 캐리어 형상 측정기는, 측정대상인 캐리어를 지지하는 스테이지와, 상기 캐리어를 촬상하는 촬상부와, 상기 촬상부의 촬상결과를 연산하는 연산부를 가지고, 상기 촬상부는 대물렌즈를 가지고, 이 대물렌즈의 작동거리는 상기 캐리어의 웨이퍼를 넣고 꺼내기 위한 개구의 입구에서, 상기 캐리어내의 웨이퍼 지지부까지의 거리보다도 길다.
본 발명의 제 1 ~ 제 5 실시형태의 형상측정기는, 키네마틱 플레이트 (20) 에 의하여, 키네마틱 커플링에 의하여 캐리어 (18) 를 지지 및 위치 결정한 상태에서 캐리어 형상을 측정할 수 있기 때문에, 반도체 디바이스 제조라인에서의 캐리어 자세를 재현하여, 캐리어와 웨이퍼의 형상 및 자세를 고정밀도로 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시형태의 캐리어 형상측정기에 대해서 도면을 이용하여 설명한다.
본 실시형태의 캐리어 형상측정기는 도 3 과 같이 측정기 본체 (110), 화상처리부 (111), 컨트롤러 (112), 호스트컴퓨터 (113), 입출력부 (114) 를 구비하고 있다. 먼저, 측정기 본체 (110) 에 대해서 설명한다. 도 1, 도 2, 도 3, 도 4 에 나타낸 바와 같이, 측정기 본체 (110) 는 측정 대상인 캐리어 (18) 를 탑재하는 스테이지 (12) 및 측정헤드 (10) 를 구비하고 있다. 본 실시형태에서는 스테 이지 (12) 는 대좌 (臺座; 21) 에 대하여 고정되어 있으며, 측정헤드 (10) 가 XYZ축 이동부 (15,16,17) 에 의해 캐리어 (18) 에 대하여 3 차원으로 이동하여 캐리어 (18) 의 형상을 측정하는 구성이다. 따라서, 대좌 (21) 상에는 측정헤드 (10) 를 수용하는 케이스 (11) 가 탑재되어 있고, 대좌 (21) 와 케이스 (11) 사이에는 케이스 (11) 를 X축 방향으로 이동시키기 위한 X축 이동부 (15) 가 배치되어 있다.
X축 이동부 (15) 는 대좌 (21) 상면에 형성된 X축 방향으로 길이방향을 갖는 레일 (15a), 케이스 (11) 바닥면에 고정되며 레일 (15a) 을 따라 슬라이딩이 가능한 슬라이딩부 (15b), 모터 (15c), 모터 (15c) 의 회전축에 연결된 이송나사 (15d), 케이스 (11) 바닥면에 고정되며 이송나사 (15d) 와 결합되는 너트 (15e) 를 포함한다. 모터 (15c) 의 회전축이 회전함으로써 이송나사 (15d) 도 회전하고 너트 (15e) 가 X축 방향으로 이동함으로써 슬라이딩부 (15b) 도 레일 (15a) 을 따라 X축 방향으로 이동하여 너트, 슬라이딩부 (15b) 가 고정되어 있는 케이스 (11) 가 X축 방향으로 이동한다.
Y축 이동부 (16) 는 케이스 (11) 내의 측정헤드 (10) 와 Z축 가동플레이트 (501) 사이에 배치되어 있다. Y축 이동부 (16) 는 Z축 가동플레이트 (501) 전면에 형성된 Y축 방향으로 길이방향을 갖는 레일 (16a), 측정헤드 (10) 배면 (背面) 에 형성되며 레일 (16a) 을 따라 슬라이딩이 가능한 도시되지 않은 슬라이딩부, 모터 (16c), 모터 (16c) 의 회전축에 연결된 이송나사 (16d), 측정헤드 (10) 의 배면에 고정되며 이송나사 (16d) 와 결합되는 도시되지 않은 너트를 포함한다. 모터 (16c) 의 회전축이 회전함으로써 이송나사 (16d) 도 회전하고 너트가 Y축 방향으로 이동함으로써 슬라이딩부도 레일 (16a) 을 따라 Y축 방향으로 이동하여, 측정헤드 (10) 가 Y축 방향으로 이동한다.
Z축 이동부 (17) 는 케이스 (11) 내에 설치되고 지주 (支柱; 502) 전면에 형성된 Z축 방향으로 길이방향을 갖는 레일 (17a), Z축 가동플레이트 (501) 배면에 형성되며 레일 (17a) 을 따라 이동이 가능한 도시되지 않은 슬라이딩부, 모터 (17c), 모터 (17c) 의 회전축에 연결된 이송나사 (17d), Z축 가동플레이트 (501) 배면에 고정되며 이송나사 (17d) 와 결합되는 도시되지 않은 너트를 포함한다. 모터 (17c) 의 회전축이 회전함으로써 이송나사 (17d) 도 회전하고 너트가 Z축 방향으로 이동함으로써 슬라이딩부도 레일 (17a) 을 따라 Z축 방향으로 이동하여 Z축 가동플레이트 (501) 가 Z축 방향으로 이동한다. 그 결과 측정헤드 (10) 가 Z축 방향으로 이동한다.
이들 구성에 의해 측정헤드 (10) 의 XYZ축 방향으로의 이동을 가능하게 한다. 또, XYZ축 이동부 (15,16,17) 의 레일 (15a,16a,17a) 은 모두 나사로 고정되어 있으며, 이 나사를 느슨하게 조정함으로써 레일의 축방향을 조정할 수 있는 구성으로 되어 있다. 또, XYZ축 이동부 (15,16,17) 에는 XYZ축에 대한 실제의 구동량을 측정하기 위한 XYZ축 측장부 (36,37,38) (도 1, 도 2, 도 3) 가 부착되어 있다.
또, 스테이지 (12) 상에는 SEMI 규격으로 FOUP (Front Opening Unified Pod) 라고 하는 캐리어 (18) 를 탑재하기 위해서 키네마틱 플레이트 (20) 가 탑재되어 있다. 키네마틱 플레이트 (20) 는 3 개의 핀 (20a,20b,20c) 을 상면에 구비하고 있다. 3 개의 핀 (20a,20b,20c) 의 형상 및 배치는 SEMI 규격 (SEMI E57-1296) 으로 정해진 형상 및 배치이다. 3 개의 핀 (20a,20b,20c) 은 상기 FOUP 형 캐리어 (18) 바닥면에 형성되어 있는 V 홈형상의 오목부와 결합함으로써 SEMI 규격으로 규정된 캐리어 탑재용 위치결정기구의 키네마틱 커플링을 실현한다. 그것에 의해, 상기 FOUP 형 캐리어 (18) 를 스테이지 (12) 상에 정확히 지지 및 위치결정하는 구성이다. 따라서, 본 실시형태의 형상측정장치에서는 실제의 반도체 장치의 제조라인에서 캐리어 (18) 가 지지되는 것과 동일한 키네마틱 커플링에 의해 캐리어 (18) 를 지지하면서 캐리어 (18) 형상을 측정할 수 있기 때문에, 캐리어 (18) 및 수용된 웨이퍼 형상 및 자세를 캐리어 (18) 사용때와 동일한 상태에서 정밀하게 측정할 수 있다.
*또한, 본 실시형태에서는, 고정밀도로 FOUP 형 캐리어 (18) 를 측정하기 위하여, FOUP 형 캐리어 (18) 의 형상에 기초하여 FOUP 형 캐리어 (18) 에 정해져 있는 기준면 또는 이것에 평행한 면을 기준으로 하여 측정한다. FOUP 형 캐리어 (18) 의 기준면에는, 도 14 와 같이, SEMI 규격으로 규정되는 수평 기준면 (horizontal datum plane) (141) 과 페이셜 기준면 (facial datum plane) (142) 과 바이라테럴 기준면 (bilateral datum plane) (143) 이 있다. 수평 기준면 (141) 은 키네마틱 커플링 핀 (20a, 20b, 20c) 에 의하여 캐리어 (18) 가 설치되어 있는 수평면이다. 페이셜 기준면 (142) 은, 캐리어 (18) 중의 웨이퍼를 이등분하고, 캐리어 (18) 의 전면 (前面) 에 평행한 수직면이다. 바이라테럴 기준면 (143) 은, 캐리어 (18) 중의 웨이퍼를 이등분하고, 수평 기준면 (141) 에 대하여 직각으로 교차하는 수직면이다. 수평 기준면 (141) 은 캐리어 (18) 의 구조상 캐리어 바닥면과는 반드시 평행하지 않는다.
본 실시형태에서는, 이들 기준면 (141, 142, 143) 을 기준으로 하여 캐리어 (18) 및 웨이퍼의 형상 및 자세를 측정할 수 있도록 한다. 이를 위해서, 본 실시형태에서는, 키네마틱 플레이트 (20) 를 도 15 에 나타낸 바와 같은 형상으로 하고, 키네마틱 플레이트 (20) 의 상면 (151) 이 스테이지 (12) 에 고정된 상태에서, 수평 기준면 (141) 과 일치하는 면, 또는 수평 기준면 (141) 에 평행한 면이 되도록 하고 있다. 마찬가지로, 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) (케이스 (11) 와는 대향하는 면) 은 페이셜 기준면 (142) 과 평행한 면으로 하고, 횡측 측면 (153) 은 바이라테럴 기준면 (143) 과 평행한 면으로 하고 있다. 또한, 키네마틱 플레이트 (20) 의 사방의 측면 (152, 153) 등에는, 도 15 와 같이 돌기 (154, 155, 156, 157) 가 형성되어 있고, 돌기의 측면 (154a, 156a) 은 바이라테럴 기준면 (143) 과 일치하는 면이 되도록 구성되어 있다. 측면 (155a, 157a) 은 페이셜 기준면 (142) 과 일치하는 면이 되도록 구성되어 있다.
이 키네마틱 플레이트 (20) 의 상면 (151) 또는 측면 (152, 153) 을 사용하여, 후술하는 위치맞춤공정에 의하여 XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 이동방향을 상기 기준면 (141, 142, 143) 과 평행하게 하는 조정을 한다. 이로써, FOUP 형 캐리어 (18) 의 기준면 (141, 142, 143) 을 기준으로 하여, FOUP 형 캐리어 (18) 의 형상을 고정밀도로 측정할 수 있다. 이로써 전측 측면 (152) 또는 횡측 측 면 (153) 을 기준으로 하여 캐리어 전면 (18a) 또는 측면을 측정함으로써, 캐리어 형상의 좋고 나쁨을 용이하게 검지할 수 있다.
또한, 본 실시형태에서는 키네마틱 플레이트 (20) 의 크기를, 도 16 과 같이 FOUP 형 캐리어 (18) 의 크기에 맞추도록 설계하고 있다. 즉, 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 이 FOUP 형 캐리어 (18) 의 설계상의 전면 (18a) 과 일치하도록 하고, 횡측 측면 (153) 이 FOUP 형 캐리어 (18) 의 설계상의 측면 (18b) 과 일치하도록 크기를 정하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는, 키네마틱 플레이트 (20) 에 FOUP 형 캐리어 (18) 를 탑재할 때, 핀 (20a, 20b, 20c) 과 FOUP 형 캐리어 (18) 의 바닥면의 V 홈 형상 오목부를 정확하게 끼워맞춤시켜 키네마틱 커플링을 실현하기 위하여, 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 을 요동시키는 구성으로 하고 있다. 그 이유는, 종래 키네마틱 플레이트 (20) 의 FOUP 형 캐리어 (18) 를 탑재할 때에는 핀 (20a, 20b, 20c) 의 바로 위까지 캐리어 (18) 의 바닥면의 V 홈 형상의 오목부 (191) 를 가지고 가서 캐리어 (18) 와 웨이퍼의 자체중량에 의하여 V 홈 형상 오목부 (191) 와 핀 (20a, 20b, 20c) 을 끼워맞춤시켰다. 그러나 종래 핀 (20a, 20b, 20c) 은 금속제이고, FOUP 형 캐리어 (18) 는 수지제이기 때문에, 탑재동작을 반복함으로써 V 홈 형상 오목부 (19) 의 경사면에 핀 (20a, 20b, 20c) 의 부딪침 흔적(打痕) 이 나기 쉽다. V 홈 형상 오목부 (19) 의 경사면에 부딪침 흔적이 생기면, 핀(20a, 20b, 20c)과 V 홈 형상 오목부 (19) 의 경사면과의 마찰력이 커져, 원활한 끼워맞춤을 할 수 없다. 끼워맞춤이 불충분한 경우, 도 19b 와 같 이 핀 (20a) 과 V 홈 형상 오목부 (191) 사이에 극간 (192) 이 발생하여, 캐리어 (18) 의 바닥면이 경사진다. 즉, 키네마틱 커플링에 의한 캐리어 (18) 의 지지를 실현할 수 없다.
그래서 본 실시형태에서는, 도 20 과 같이, 핀 (20a, 20b, 20c) 이, 기부 (基部) 에 피에조 소자로 이루어지는 진동소자 (204) 를 포함하는 구성으로 하고 있다. 단, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 외형은, 진동소자 (204) 가 진동하고 있지 않는 상태에서 SEMI 규격 (SEMI E57-1296) 의 키네마틱 커플링 핀의 형상을 만족한다. 진동소자 (204) 의 진동방향은, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 축을 횡방향 (플레이트 (20) 의 주 평면에 평행하는 방향) 으로 진동시키는 방향이다. 또한, 플레이트 (20) 에는 미리 정한 간격을 두고, 캐리어 (18) 의 바닥면을 검출하는 광전 스위치 (205a, 205b) 가 배치되어 있다. 광전 스위치 (205a, 205b) 는 캐리어 (18) 의 바닥면을 향하여 광을 출사하는 발광소자 (195) 와, 그 반사광을 검출하는 수광소자 (196) 를 가지고 있다. 수광소자 (196) 는, V 홈 형상 오목부 (191) 가 핀 (20a, 20b, 20c) 과 정상적으로 끼워맞춤되어 있는 경우에는, 캐리어 (18) 의 바닥면으로부터의 반사광이 입사되지만, V 홈 형상 오목부 (191) 가 핀 (20a, 20b, 20c) 과 도 19b 와 같이 불완전하게 끼워맞춤되고, 캐리어 (18) 의 바닥면이 부상되어 있는 경우에는, 반사광이 입사되지 않도록 위치 및 방향이 정해져 있다. 또한 스테이지 (12) 에는, 플레이트 (20) 의 하중을 검출하기 위하여, 로드셀로 이루어지는 하중센서 (206) 가 구비되어 있다.
스테이지 (12) 내에는 진동소자 (204), 광전 스위치 (205a, 205b), 하중센서 (206) 에 접속된 도 20 과 같은 회로가 배치되어 있다. 진동소자 (204) 를 구성하는 피에조 소자의 전극은, 진동소자 드라이버 (202) 에 접속되고, 진동소자 드라이버 (202) 에는 제어부 (201) 에 의하여 제어신호가 출력된다. 또한, 진동소자 드라이버 (202) 는 진동소자 (204) 의 진동의 위상변화를 검출하는 기능을 가지고, 검출결과를 제어부 (201) 로 출력한다. 광전 스위치 (205a, 205b) 의 출력은 OR 논리회로 (208) 및 AND 논리회로 (209) 에 입력되고, OR 논리회로 (208) 및 AND 논리회로 (209) 의 출력은 제어부 (201) 로 입력된다. 또한 하중센서 (206) 의 출력은 앰프 (207) 를 통하여 제어부 (201) 로 입력된다. 그 외에 타이머회로 (203) 및 오퍼레이터로부터 진동개시 지시를 받는 개시 스위치 (194) 의 출력이 제어부 (201) 로 입력된다. 또한, 제어부 (201) 에는, 본 실시형태의 형상 측정기에 대하여 캐리어 (18) 를 탑재하는 캐리어 반송기 (193) 의 출력도 입력된다.
제어부는, 하중센서 (206) 의 출력이 미리 정한 하중보다도 큰 경우, 또는 OR 논리회로 (208) 의 출력으로부터 광전 스위치 (205a, 205b) 중의 적어도 일방이 캐리어 (18) 의 바닥면을 검출한 것을 검지한 경우, 또는 캐리어 반송기 (193) 로부터 캐리어 (18) 탑재 완료신호를 수취한 경우, 또는 개시 스위치 (194) 가 오퍼레이터로부터 진동개시 지시를 접수한 경우에는, 캐리어 (18) 가 탑재된 것으로 판단하고, 진동소자 드라이버 (202) 에 진동을 지시하는 신호를 출력한다. 진동소자 드라이버 (202) 는 진동소자 (204) 를 구성하는 피에조 소자의 전극에 전압신호를 출력하여, 진동소자 (204) 를 미리 정한 주기로 진동시킨다. 이로써, 핀 (20a, 20b, 20c) 이 횡방향으로 진동하기 때문에, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단곡면과 V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면과의 마찰력이 저감된다. 따라서, 캐리어 (18) 의 자체중량만으로는, 도 19b 와 같이, V 홈 형상 오목부 (191) 와의 끼워맞춤이 불완전해진 경우라도, 이를 해소하여 도 19a 와 같이 완전한 끼워맞춤상태로 할 수 있다.
제어부 (201) 는, 진동소자 드라이버 (202) 가 핀 (20a, 20b, 20c) 의 진동 위상이 변화된 것을 검출한 경우, 또는 AND 논리회로 (209) 의 출력에 의하여 광전 스위치 (205a, 205b) 의 양방이 캐리어 (18) 의 바닥면을 검출한 것을 검지한 경우에는, 핀 (20a, 20b, 20c) 이 V 홈 형상 오목부 (191) 에 완전히 끼워맞춤된 것으로 판단하여, 진동소자 드라이버 (202) 에 진동 정지신호를 출력한다. 이로써, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 진동을 정지시킨다. 또한, 제어부 (201) 는 진동개시에서 미리 정한 시간이 경과한 것을 타이머회로 (203) 의 출력에서 검지한 경우에도 진동을 정지시킨다. 또한, 제어부 (201) 는 진동을 정지시킨 후, 후술하는 호스트 컴퓨터 (113) 에 캐리어 (18) 의 탑재완료를 알리는 신호를 출력한다.
이렇게, 본 실시형태에서는 키네마틱 플레이트 (20) 를 도 20 과 같이 구성함으로써, 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 과 FOUP 형 캐리어 (18) 에 V 홈 형상 오목부 (191) 와의 불완전한 끼워맞춤을 해소할 수 있고, FOUP 형 캐리어 (18) 를 키네마틱 커플링에 의하여 지지 및 위치를 결정할 수 있다. 또한, 도 20 의 구성에서는, 핀 (20a, 20b, 20c) 과 V 홈 형상 오목부 (191) 와의 끼워맞춤이 완전한지 아닌지를 광전 스위치 (205a, 205b) 의 출력이나 진동소자 드라 이버 (202) 가 검출하는 위상변화에 의하여 검지할 수 있기 때문에, 육안으로 확인하기가 곤란한 끼워맞춤상태를 용이하게 검출할 수 있다.
또한 도 20 의 구성에서는, 진동에 의하여 불완전한 끼워맞춤을 해소하였으나, 진동을 대신하여 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단에서 V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면을 향하여 공기를 분출하는 구성으로 할 수도 있다. 이것을 실현하기 위해서는, 예를 들어 도 21a 와 같이 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단부 (211) 를 다공질 재료로 형성하고, 기부에는 외부의 공급관 (212) 에서 선단부 (211) 까지 압축공기를 유도하는 유로 (214) 를 형성한다. 이로써, 선단부 (211) 의 다공질재료의 구멍으로부터 공기를 분출시킬 수 있다. 또한, 도 21b 또는 도 21c 와 같이, 유로 (214) 에 분기로 (213) 를 형성하고, 분기로 (213) 의 선단으로부터 공기를 분출시키도록 구성할 수도 있다. 또한, 도 21d 와 같이 유로 (214) 를 연장하여 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단으로부터 공기를 분출시키도록 구성할 수도 있다. 그리고, 공급관 (212) 에는, 도 22 와 같이 압축공기원 (221) 를 접속하고, 도중에 전자밸브 (222) 와 유량계 (223) 와 압력계 (224) 를 배치한다. 제어부 (201) 는 도 20 과 동일한 방법으로 캐리어 (18) 가 탑재된 것을 검지하고, 이것을 트리거로서 전자밸브 (222) 를 오픈 상태로 하여, 압축공기를 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단으로부터 V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면을 향하여 분출시킨다. 또한, 유량계 (223) 의 유량이 미리 정한 값보다도 작아진 경우 또는 공급관 (212) 내의 압력이 미리 정한 값보다도 커진 경우에는, 핀 (20a, 20b, 20c) 과 V 홈 형상 오목부 (191) 와의 끼워맞춤이 완전해지고, V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면에서 핀 (20a, 20b, 20c) 의 공기분출구가 막힌 것으로 판단하여 전자밸브 (222) 를 닫는다. 또한 도 20 의 구성과 마찬가지로, AND 논리회로 (209) 의 출력 또는 타이머 회로 (203) 의 출력에 의하여 끼워맞춤이 완전해진 것을 검지한 경우에도 전자밸브 (222) 를 닫는다. 또한 도 21a, 21b, 도 22 의 구성의 경우, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 선단의 공기분출구멍은 V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면을 향하고 있는 것이 바람직하다. 따라서 V 홈 형상 오목부 (191) 의 경사면을 향하고 있는 공기분출구멍은 막는 것도 가능하다.
이어서, 측정헤드 (10) 의 구성에 대해서 도 2 및 도 4 를 이용하여 설명한다. 측정헤드 (10) 는 2 종류의 측정부를 갖는다. 하나는 촬상된 화상에 의해 형상을 측정하기 위한 촬상부 (25) 이고, 다른 하나는 레이저광을 이용하여 Y축 방향을 길이측정하는 레이저AF부 (30) 이다.
촬상부 (25) 는 경통(鏡筒; 101) 내에, 대물렌즈 (24), 줌렌즈를 포함한 광학계 (23), CCD 카메라 (22) 를 광축 (103) 을 따라 순서대로 배치한 구성이다. 광학계 (23) 내의 줌렌즈는 도 2, 도 4 에서는 도시되지 않았으나 줌구동부 (35 ; 도 3) 에 의해 광축 (103) 방향으로 구동되어 줌 배율변화(變倍)가 실현된다. 경통 (101) 내에는 대좌 (21) 에 배치된 조명유닛 (34; 도 3) 이 발한 조명광을 전달하는 광섬유 (도시 생략) 가 삽입되며 광섬유에서 출사된 조명광은 대물렌즈 (24) 를 통해 측정대상에 조사된다.
또, 경통 (101) 의 직경은 도 4 와 같이 선단의 대물렌즈 (24) 부분에서 좁아져 있으며, 이 선단의 경통 (101) 주위에 링형상의 경통 (102) 이 부착되어 있 다. 경통 (101) 과 링형상의 경통 (102) 사이에는 베어링 (33) 이 배치되며 링형상의 경통 (102) 은 경통 (101) 에 대하여 회전할 수 있다. 링형상의 경통 (102) 에는 레이저AF부 (30) 를 구성하는 반도체 레이저 (26), 집광렌즈 (28,29) 및 수광소자 (27) 가 광축 (104) 을 따라 배치된다. 반도체 레이저 (26) 와 집광렌즈 (28) 는 도 4 와 같이 촬상부 (25) 의 광축 (103) 을 끼우고 수광소자 (27) 와 집광렌즈 (29) 에 대하여 대칭인 위치에 배치한다. 여기에서는 수광소자 (27) 로서 CCD 라인센서를 사용한다. 또, 링형상의 경통 (102) 에는 반도체 레이저 (26) 와 수광소자 (27) 가 배치되는 위치에 각각 반도체 레이저 (26) 에서 출사된 레이저광을 투과하는 창 (39,40) 이 배치되어 있다.
촬상부 (25) 와 레이저AF부 (30) 는 촬상부 (25) 의 초점위치 (105) 와 레이저AF부 (30) 의 검출범위 중앙위치가 일치하도록 구성되어 있다. 따라서, 광축 (103) 과 광축 (104) 은 초점위치 (105) 상에서 교차되고 있다.
링형상의 경통 (102) 의 외주에는 기어 (41) 가 배치되어 있다. 또, 경통 (101) 에는 고정구 (42) 에 의해 모터 (31) 가 고정되어 있고, 모터 (31) 의 회전축에는 기어 (32) 가 부착되어 있다. 기어 (32) 는 전술한 기어 (41) 와 맞물려 있어 모터 (31) 가 회전함으로써 링형상의 경통 (102) 이 경통 (101) 주위에서 회전한다. 이들 기어 (41,32) 및 모터 (31) 는 AF 회전부 (43) 를 구성하고 있다. 따라서, 모터 (31) 의 회전량을 제어함으로써, 레이저AF부 (30) 의 배치를 광축 (104) 이 포함된 면이 연직방향이 되는 종배치 (도 5a) 및 수평방향이 되는 횡배치 (도 5b) 로 전환할 수 있다. 또, 모터 (31) 와 링형상의 경통 (102) 의 기부는 커버 (145) 로 덮여 있다.
한편, 본 실시형태에서는 기어를 이용하여 경통 (102) 을 회전시키는 구성으로 하였으나, 모터 (31) 의 회전축과 경통 (102) 사이에 벨트를 걸쳐 경통 (102) 을 회전시키는 구성으로 해도 된다.
또, 케이스 (11) 에는 측정헤드 (10) 가 Y축 이동부 (16) 에 의해 이동되는 범위에서 Z축 방향으로 긴 직사각형의 개구 (13) 가 형성되어 있다 (도 1). 개구 (13) 의 폭은 측정헤드 (10) 의 폭과 동일한 크기이다. 개구 (13) 에서는 측정헤드 (10) 의 선단부가 외부로 돌출되어 있다. 또한, 케이스 (11) 내에서 발생하는 티끌이나 먼지가 개구 (13) 에서 외부로 새는 것을 방지하기 위해서 개구 (13) 의 측정헤드 (10) 상하에는 방진시트 (14) 가 배치되어 있다. 방진시트 (14) 는 폭이 개구 (13) 의 폭보다 약간 큰 띠형상의 시트로, 유연성이 좋고 표면의 마찰계수가 낮으며 내마모성이 높은 재질로 이루어진다. 이 띠형상의 방진시트 (14) 의 양단은 도 2 와 같이 지그 (44) 에 의해 Z축 가동플레이트 (501) 에 고정되며, 그럼으로써 방진시트 (14) 는 케이스 (11) 내를 일주하는 바퀴로 되어 있다 (도 2). 또, 지그 (44) 는 측정헤드 (10) 의 Y축 방향의 이동을 방해하지 않고 또한 지그 (44) 와 측정헤드 (10) 사이에서 티끌이나 먼지가 외부로 새는 것을 방지하기 위해서, 지그 (44) 와 측정헤드 (10) 의 간극은 미소한 폭이 되도록 설정되어 있다.
또, 케이스 (11) 내의 모서리부에는 도 2 와 같이 4 군데에 롤러 (45) 가 배치되어 있으며, 이 롤러 (45) 에 의해 방진시트 (14) 가 가이드되어 있다. 이 롤러 (45) 의 가이드에 의해 방진시트 (14) 는 케이스 (11) 전면부에서는 내벽을 따른 형상으로 되어 개구 (13) 에 밀착되어 이것을 막고, 케이스 (11) 의 상하면 및 배면부에서는 내벽과 간격을 두고 내벽을 따른 배치로 되어 있다. 또한, 바퀴형상의 방진시트 (14) 도중에는 스프링부재 (46) 가 배치되어 있다. 스프링부재 (46) 는 방진시트 (14) 가 길이방향에 대하여 인장하여 처지는 것을 방지하고 있다.
이렇게 방진시트 (14) 는 양단이 Z축 가동플레이트 (501) 에 고정된 바퀴로 되어 있어 Z축 이동부 (17) 의 동작에 따라 측정헤드 (10) 가 Z축 방향으로 이동한 경우에는 방진시트 (14) 도 측정헤드 (10) 와 함께 이동한다. 이 때 방진시트 (14) 의 바퀴가 롤러 (45) 에 의해 가이드되면서 이송됨으로써, 측정헤드 (10) 상하의 개구 (13) 는 항상 방진시트 (14) 로 덮여 있어 케이스 (11) 내의 티끌이나 먼지가 외부로 새는 것을 방지한다. 또, 방진시트 (14) 의 양단은 측정헤드 (10) 의 Y축 방향으로의 이동을 방해하지 않도록 Z축 가동플레이트 (501) 에 고정되어 있어, 측정헤드 (10) 는 개구 (13) 에서 Y축 방향으로 출몰할 수 있다.
케이스 (11) 의 하부에는 배기구 (47) 가 개방되어 있고 내부에 감압용 팬 (48) 이 배치되어 있다. 감압용 팬 (48) 은 본 실시형태의 캐리어 형상측정기가 가동상태일 때에 동작하도록 설정된다. 감압용 팬 (48) 의 동작에 따라 케이스 (11) 내부를 마이너스압으로 한다. 그럼으로써 방진시트 (14) 는 개구 (13) 부분에서 내측으로 인장되면서 휘어 도 8 과 같이 케이스 (11) 와 방진시트 (14) 사이에 약간의 간극 (49) 이 생긴다. 이 간극 (49) 을 통해 도 7, 도 8 과 같이 외부에서 케이스 (11) 내부로 공기가 흘러들어간다. 따라서, 가동시에는 케이스 (11) 내부의 XYZ축 이동부 (15,16,17) 등의 가동부에서 발생한 티끌이나 먼지가 외부로 새는 것을 한층 더 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 방진시트 (14) 를 인장하는 스프링부재 (46) 의 응력의 크기는 감압용 팬 (48) 의 배기력을 고려하여 간극 (49) 의 발생을 방해하지 않고 또한 개구 (13) 부분 이외의 방진시트 (14) 에 처짐이 생기지 않을 정도가 되도록 설정해 둔다.
또, 케이스 (11) 외측에는 측정 대상인 캐리어 (18) 에 대한 면을 제외하고 안전 커버 (50) 로 덮여 있다. 안전 커버 (50) 의 크기는 케이스 (11) 의 X축 방향으로의 가동범위를 고려하여 정해진다. 또, 스테이지 (12) 의 상부 공간은 측정헤드 (10) 로 향하는 면을 제외하고 안전 커버 (51) 로 덮여 있다. 안전 커버 (51) 의 크기는 탑재하는 캐리어 (18) 의 크기를 고려하여 정해진다. 또, 안전 커버 (51) 의 재질은 측정부 (10) 의 레이저AF부 (30) 에서 출사되는 레이저광을 투과할 수 없는 광학적 특성을 갖는 재질이다.
또한, 안전 커버 (50) 상부에는 본 실시형태의 캐리어 형상측정장치의 가동상태를 통지하기 위한 3 색 시그널타워 (52) 가 부착되어 있다.
이어서, 화상처리부 (111), 컨트롤러 (112), 호스트컴퓨터 (113) 및 입출력부 (114) 에 대하여 도 3 을 이용하여 설명한다. 컨트롤러 (112) 는 CPU (53), 줌구동제어부 (54), XYZ 구동제어부 (55), XYZ 카운터 (56), 레이저제어부 (57), 회전구동제어부 (58), 조광 (調光) 제어부 (59), 팬제어부 (60), 상태감시/제어부 (61) 및 조이스틱 제어부 (62) 를 포함하고 있다.
줌구동제어부 (54) 는 호스트컴퓨터 (113) 의 치수측정 연산처리부 (64) 에서 수취한 촬상배율에 따라 측정기 본체 (100) 의 줌구동부 (35) 에 구동량의 지시를 출력한다. 그럼으로써 촬상부 (25) 의 광학계의 줌렌즈의 이동량이 제어되어 CCD 카메라 (22) 의 촬상배율이 제어된다. 따라서, 캐리어 (18) 의 크기나 구한 측정 정밀도에 따라 촬상배율을 변화시켜, 처리량 (throughput) 을 향상시킬 수 있다.
XYZ 구동제어부 (55) 는 호스트컴퓨터 (113) 의 치수측정 연산처리부 (64) 에서 이동지시를 수취하여 측정기 본체 (110) 의 XYZ축 이동부 (15,16,17) 의 모터 (15c,16c,17c) 에 대하여 구동을 지시한다. 또, XYZ 카운터 (56) 는 XYZ축 이동부 (15,16,17) 의 XYZ축 측장부 (36,37,38) 의 길이측정 결과를 받음으로써 XYZ축 이동부 (15,16,17) 가 이동한 좌표를 검출한다. 호스트컴퓨터 (113) 의 치수측정 연산처리부 (64) 는 이 검출좌표를 수취하고 이동량을 피드백 제어함으로써, 치수측정에 필요한 좌표까지 측정헤드 (10) 를 이동시킴과 동시에 화상처리부 (111) 의 출력 결과를 이용해서 Y축 방향을 미세조정하여 측정헤드 (10) 의 초점위치 (105) 를 측정 대상에 일치시킨다.
레이저제어부 (57) 는 호스트컴퓨터 (113) 에서 레이저AF부 (30) 를 사용하는 측정 지시를 수취한 경우에, 레이저AF부 (30) 의 반도체 레이저 (26) 에 발광을 지시하는 신호를 출력함과 동시에 CCD 라인센서로 이루어진 수광소자 (27) 의 수광신호를 수취하고 CCD 라인센서의 어느 위치에서 레이저광이 수광되고 있는지를 검출함으로써 측정 대상의 초점위치 (105) 로부터의 편차량을 구한다. 또, 회전구 동제어부 (58) 는 호스트컴퓨터 (113) 에서 레이저AF부 (30) 의 배치를 종배치 및 횡배치 (도 5a, 도 5b) 중 어느 하나로 변환하도록 지시를 받은 경우에는, AF 회로부 (43) 의 모터 (31) 에 소정의 회전량만큼 회전하도록 지시하는 신호를 출력한다. 그럼으로써, 레이저AF부 (30) 의 배치를 종배치 또는 횡배치로 전환할 수 있다.
조광제어부 (59) 는 입출력부 (114) 가 접수한 오퍼레이터로부터의 조명광량의 조정지시를 호스트컴퓨터 (113) 에서 수취하고 조명유닛 (34) 이 발광하는 광량을 증광 또는 감광시키는 신호를 출력한다. 그럼으로써, 촬상부 (25) 의 대물렌즈 (24) 를 통해 측정 대상에 출사되는 조명광이 조광되고, CCD 카메라 (22) 가 촬상하는 화상 밝기가 변화된다. 상태감시/제어부 (61) 는 호스트컴퓨터 (113) 가 가동되고 있음을 나타내는 신호를 수취한 경우에는 시그널타워 (52) 에 청색신호를 점등시키고, 호스트컴퓨터 (113) 의 치수측정 연산처리부 (64) 가 레이저AF부 (30) 의 길이측정 결과를 처리하는 연산을 하고 있는 경우에는 시그널타워 (52) 에 황색신호를 점등시킨다. 또, 상태감시/제어부 (61) 는 호스트컴퓨터 (113) 가 레이저제어부 (57) 에 레이저AF부 (30) 를 사용하는 측정을 지시하고 있는 경우에는 반도체 레이저 (26) 가 발광하고 있다고 판단하여 시그널타워 (52) 의 황색신호를 점등시킨다. 상태감시/제어부 (61) 는 호스트컴퓨터 (113) 가 출력하는 에러신호를 수취한 경우에는 시그널타워 (52) 의 적색신호를 점등시킨다.
또, 조이스틱 제어부 (62) 는 입출력부 (71) 의 조이스틱유닛 (71) 의 조이스틱이 오퍼레이터에 의해 조작된 경우 직접 XYZ축 이동부 (15,16,17) 구동을 지시 하고, 조이스틱의 조작량만큼 측정헤드 (10) 를 XYZ 방향으로 이동시키는 제어를 한다.
컨트롤러 (112) 의 CPU (53) 는 전술한 컨트롤러 (112) 내의 각 부 동작을 전체적으로 제어한다.
한편, 화상처리부 (111) 는 촬상부 (52) 의 CCD 카메라 (22) 가 출력하는 화상정보를 수취하고, 2 값화 처리 등의 화상처리를 하여 호스트컴퓨터 (113) 에 출력한다.
*호스트컴퓨터 (113) 는 티칭관리부 (63), 치수측정 연산처리부 (64), 측정결과 관리부 (65), 맨머신 인터페이스 (man machine interface; 66), 메모리 (67) 를 포함하고 있다. 메모리 (67) 에는 측정 대상인 캐리어 (18) 에 대해서 오퍼레이터가 원하는 부분의 치수를 측정하기 위한 복수의 측정용 프로그램이 이미 저장되어 있다. 티칭관리부 (63) 는 맨머신 인터페이스 (66) 를 통해 키보드 (68) 또는 마우스 (69) 에서 오퍼레이터가 측정하고자 하는 부분이나 측정방법의 지시를 수취하고, 그것을 실현하기 위한 메모리 (67) 내의 프로그램을 선택한다. 그리고, 치수측정 연산처리부 (64) 에 해당 프로그램의 실행을 지시함과 동시에서 그 진행을 확인한다.
치수측정 연산처리부 (64) 는 티칭관리부 (63) 에 지시된 프로그램을 메모리에서 판독하여 실행함으로써 컨트롤러 (112) 의 각부에 대하여 전술한 바와 같은 지시를 하고 측정헤드 (10) 를 원하는 좌표로 이동시켜 측정헤드 (10) 의 촬상부 (25) 및 레이저AF부 (30) 에 의한 측정을 한다. 구체적으로는 화상처리부 (111) 의 출력화상 상의 중심좌표를 그 중심 좌표에 대응하는 XYZ 카운터 (56) 의 출력좌표 (XYZ축 이동부 (15,16,17) 의 좌표계 (XYZ)) 에 대응시키는 연산을 함으로써, 출력화상의 각 화소의 좌표를 XYZ 좌표로 변환시키고 화상처리부 (111) 상의 출력화상 중의 원하는 부분간의 치수를 구하는 처리를 한다. 또, 치수측정 연산처리부 (64) 는 레이저AF부 (30) 에 의해 초점위치 (105) 에서 측정 대상의 Y축 방향의 편차량을 구함으로써 측정 대상의 Y축 방향 (안쪽 방향) 의 치수 분포를 고정밀도로 길이측정하는 연산처리 등을 한다. 또, 레이저AF부 (30) 에 의해 측정할 때 초점위치 (105) 의 XYZ 좌표는 화상처리부 (111) 의 출력화상의 중심좌표를 사용한다.
치수측정 연산처리부 (64) 가 연산한 각 부분의 치수 데이터는 측정결과 관리부 (65) 내의 메모리에 저장된다. 측정결과 관리부 (65) 는 메모리 내의 치수 데이터를 그대로 CRT (70) 에 표시시키거나 또는 오퍼레이터 지시에 따라 치수 데이터의 통계 데이터나 치수 오차 데이터 등을 구하는 연산을 하여 그 결과를 CRT (70) 에 표시시킨다.
여기에서 본 실시형태의 캐리어 형상측정기에서 측정 대상이 되는 FOUP 형 캐리어 (18) 에 대해 도 9 를 이용하여 더 상세하게 설명한다. FOUP (Front Opening Unified Pod) 는 SEMI 규격으로 정해진 캐리어 형상으로, 직경 300㎜ 의 웨이퍼를 수용하는 밀폐 타입의 캐리어이다. 구체적으로는 FOUP 형 캐리어 (18) 는 전면에만 개구를 갖는 본체 (91) 와 그 개구를 막기 위한 도어 (92) 로 이루어 진다. 본체 (91) 의 내측 양측면에는 티스 (teeth; 93) 라고 하는 돌기가 일정한 간격으로 복수 개 배치되어 있다. 이 티스 (93) 에 의해 직경 300㎜ 의 웨이퍼 양단이 도 11 과 같이 지지된다. 또, 본체 (91) 바닥면에는 3 개의 오목부 (도시 생략) 가 형성되어 있다. 이들 세 오목부는 스테이지 (12) 의 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a,20b,20c) 과 결합됨으로써 SEMI 규격의 키네마틱 커플링을 실현한다.
또, FOUP 형 캐리어 (18) 의 도어 (92) 는 도어 (92) 를 위치결정하기 위한 레지스트레이션 핀구멍 (96) 과 도어 (92) 를 열림상태 또는 닫힘상태로 하기 위한 래치키구멍 (95) 을 갖는다. 도어 (92) 를 연 경우에는 먼저 로드 포트 (load port) 의 레지스트레이션 핀을 레지스트레이션 핀구멍 (96) 에 삽입하여 도어 (92) 의 위치결정을 하고, 그리고 래치키를 래치키구멍 (95) 에 삽입하여 회전시킴으로써 도어 (92) 를 열림상태로 한 후 로드포트가 도어 (92) 를 바로 앞으로 인출함으로써, 도 9 와 같이 도어 (92) 를 본체 (91) 에서 분리한다.
또, 스테이지 (12) 상의 키네마틱 플레이트 (20) 방향은 캐리어 (18) 의 개구면이 XZ 평면과 평행하게 되도록 향해져 있다.
본 실시형태의 캐리어 형상측정장치는, 전술한 바와 같이 측정헤드 (10) 가 XYZ 방향으로 이동하여 측정을 하는 구성으로, 캐리어 (18) 는 이동하지 않는다. 요컨대 캐리어 (18) 에 이동에 따른 진동이나 충격 등이 가해지지 않기 때문에, 캐리어 (18) 에 반도체 웨이퍼 (97) 를 수용한 상태에서 고정밀도로 측정할 수 있다. 측정 부분은 오퍼레이터가 원하는 부분을 측정할 수 있으나, 예컨대 측정헤 드 (10) 의 촬상부 (25) 에 의해 도 11 의 점 (e,g,h) 의 각 부분을 포함한 화상과 점 (f) 을 포함한 화상을 취득하고, 화상처리부 (111) 가 각 화상 내에서의 점 (e,f,g,h) 에 상당하는 에지 부분을 검출하고, 치수측정 연산처리부 (64) 가 점 (e,f,g,h) 의 좌표를 연산하고, 또한 점 (e) 과 점 (f) 의 좌표 거리를 연산함으로써, 캐리어 (18) 의 개구의 내측 폭 (E) 을 구할 수 있다. 또한, 점 (g) 과 점 (h) 의 거리를 연산함으로써 개구의 가장자리의 폭 (G) 을 구할 수 있다. 또, 동일한 측정을 캐리어 (18) 의 복수 부분에 대하여 실행함으로써 개구의 내측 폭 (E) 이나 개구의 가장자리의 폭 (G) 을 복수 부분에 대하여 구할 수 있다. 그럼으로써 상기 폭 (E) 이나 폭 (G) 의 분포를 구할 수 있다. 이들 측정은 캐리어 (18) 의 도어 (92) 를 연 상태의 본체 (91) 에 대하여 실행한다.
또한, 동일하게 도 11 과 같이 웨이퍼 (97) 중앙부의 점 (i,j,k,l,m,n) 을 포함한 화상을 촬상부 (25) 에 의해 촬상하고, 화상처리부 (111) 가 각 화상 내에서의 점 (i,j,k,l,m,n) 에 상당하는 에지 부분을 검출하고, 치수측정 연산처리부 (64) 가 점 (i,j,k,l,m,n) 의 좌표를 연산하여 점 (i,j,k,l,m,n) 의 간격을 각각 구함으로써 웨이퍼 (97) 의 앞가장자리 중앙부의 간격 (I) 을 측정할 수 있다. 이 때, 점 (i,j,k,l,m,n) 의 X 좌표로는 미리 구한 개구의 내벽의 폭 (E) 에서 웨이퍼 (97) 의 간격 (I) 을 구하고자 하는 원하는 위치의 X좌표를 사용함으로써, 웨이퍼 (97) 의 단부나 중앙부 등의 임의의 위치에서의 웨이퍼 간격 (I) 을 측정할 수 있다.
또, 측정헤드 (10) 의 촬상부 (25) 에 의한 촬상에 추가로 레이저AF부 (30) 를 사용함으로써, Y축 방향의 좌표를 고정밀도로 구할 수 있다. 이 때 레이저AF부 (30) 는 도 5a, 도 5b 에서 설명한 바와 같이 레이저광의 발광방향을 종배치와 횡배치로 변환시킬 수 있어, 측정 대상의 바로 앞으로 돌출된 구조로 레이저광이 킥(kick)되기 쉬운 좁은 부분에 대해서도 레이저AF부 (30) 에 의한 측정을 할 수 있다. 여기에서 레이저AF부 (30) 를 사용한 측정의 일례로서, 개구의 가장자리의 도어 맞닿음면 (98) 의 평면도를 측정하는 동작에 대하여 도 10 및 도 12 를 이용하여 설명한다. 치수측정 연산처리부 (64) 는 메모리 (67) 에 저장된 도 12 의 플로우에 나타낸 내용의 프로그램을 판독하고 이것을 실행함으로써 측정을 한다. 도 12 의 플로우에서는 도 10 의 a, b, c, d 점의 좌표가 사용되지만, 이 좌표는 이 측정보다 전에 치수측정 연산처리부 (64) 가 촬상부 (25) 에 의한 촬상으로 측정한 좌표 또는 오퍼레이터에게서 입출력부 (114) 를 통해 지정된 좌표를 사용한다.
먼저, 치수측정 연산처리부 (64) 는 회전구동제어부 (58) 에 지시를 출력하여 레이저AF부 (30) 의 AF 회전부 (43) 를 회전시킴으로써 레이저AF의 배치를 도 5b 의 횡배치로 설정한다 (단계 (121)). 이어서, 치수측정 연산처리부 (64) 는 XYZ 구동제어부 (55) 에 이동을 지시함과 동시에 XYZ 카운터 (56) 에서 검출 결과를 수취하고 이동량의 피드백 처리를 함으로써, 측정헤드 (10) 의 초점위치 (105) 를 맞닿음면 (98) 의 a 점까지 이동시킨다 (단계 (122)). 계속해서 치수측정 연산처리부 (64) 는 레이저제어부 (57) 에 지시하여 반도체 레이저 (26) 를 출사시키고 (단계 (123)), 이 상태에서 XYZ 구동제어부 (55) 에 지시하여 미리 정한 속도로 측정헤드 (10) 를 X축 방향으로 이동시키면서 (단계 (124)), 초점위치 (105) 로부터의 대상물의 Y축 방향의 편차량을 레이저제어부 (57) 에서 수취한다 (단계 (125)). 치수측정 연산처리부 (64) 는 레이저제어부 (57) 에서 수취한 Y축 방향의 편차량에서 Y축 좌표를 정확히 연산한다. 또, 각 지점의 XZ 좌표는 XYZ축 측장부 (36,37,38) 의 검출신호를 XYZ 카운터 (56) 에서 판독하고 설정한다. 이들 단계 (124,125) 를 측정헤드 (10) 의 좌표가 b점까지 도달할 때까지 계속한다. 단, 그 도중에 단계 (125) 에서 수광소자 (27) 로 수광을 할 수 없게 된 것이 레이저제어부 (57) 의 출력으로부터 판명된 경우에는, 레이저광이 개구의 가장자리에서 킥되고 있다고 판단하여, 단계 (127) 로 진행된다.
단계 (127) 에서는 맞닿음면 (98) 의 종방향의 면 정밀도를 측정하기 위해서 치수측정 연산처리부 (64) 는 점 (c) 의 좌표까지 측정헤드 (10) 를 이동시킨다. 이동시에는 단계 (122) 와 동일하게 XYZ 구동제어부 (55) 에 이동을 지시함과 동시에 XYZ 카운터 (56) 에서 검출 결과를 수취하고 피드백 처리를 한다. 이어서, 치수측정 연산처리부 (64) 는 회전구동제어부 (58) 에 지시를 출력하여 레이저AF부 (30) 의 AF 회전부 (43) 를 회전시킴으로써 레이저AF 배치를 도 5a 의 종배치로 설정한다 (단계 (128)). 그리고, XYZ 구동제어부 (55) 에 지시하여 미리 정한 속도로 측정헤드 (10) 를 Z축 방향으로 이동시키면서 (단계 (129)), 대상물의 초점위치 (105) 로부터의 Y축 방향의 편차량을 레이저제어부 (57) 에서 수취한다 (단계 (130)). 치수측정 연산처리부 (64) 는 레이저제어부 (57) 에서 수취한 Y축 방향의 편차량에서 Y축 좌표를 정확히 연산한다. 또, 각 시점의 XZ 좌표는 XYZ축 측 장부 (36,37,38) 의 검출신호를 XYZ 카운터 (56) 에서 판독하고 설정한다. 이들 단계 (129,130) 를 측정헤드 (10) 의 좌표가 d점까지 도달할때까지 계속하다 측정을 종료한다. 단, 그 도중에 단계 (130) 에서 수광소자 (27) 에서 수광을 할 수 없게 된 것이 레이저제어부 (57) 의 출력에서 판명된 경우에는 레이저광이 개구의 가장자리에서 킥되고 있다고 판단하여 측정을 종료한다.
치수측정 연산처리부 (64) 는 이들 측정에서 얻은 맞닿음면 (98) 상의 각 점의 Y 좌표에서 평면도를 구하여 그 결과를 측정결과 관리부 (65) 에 저장함과 동시에 CRT (70) 에 표시시킨다.
이렇게 본 실시형태에서는 측정헤드 (10) 에 레이저AF부 (30) 를 구비하고 있어 Y축 방향의 좌표를 고정밀도로 측정할 수 있다. 따라서, 캐리어 (18) 의 평면도를 고정밀도로 측정할 수 있다. 또한, 전술한 맞닿음면 (98) 의 측정에서는 레이저AF부 (30) 배치를 종방향과 횡방향으로 변환하면서 측정을 할 수 있어, 종방향과 횡방향 중 어느 한 배치에서는 가장자리에서 광이 킥되어 측정할 수 없는 맞닿음면 (98) 의 측정을 둘레방향을 따라 실행할 수 있다.
다음으로, 레이저AF부 (30) 를 사용하는 별도의 측정의 예로서, FOUP 형 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 의 개구 둘레의 면에 대하여, 페이셜 기준면 (142) 으로부터의 거리와 평행도를 측정하는 예에 대하여 설명하기로 한다. 이 측정은 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 이 페이셜 기준면 (142) 과 평행하고, 또한 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 과 일치하고 있는 것을 이용하여 행한다. 측정은 메모리 (67) 에 미리 격납되어 있는 도 18 에 나타낸 플로우의 프로그램을 치 수측정 연산처리부 (64) 가 실행함으로써 행한다. 도 18 의 플로우에서는 도 17 의 a ~ j 점에 대하여 Y 좌표가 레이저AF부 (30) 에 의하여 정밀하게 측정되는데, 측정헤드 (10) 의 초점위치 (105) 를 a ~ j 점이 이동하기 위하여 필요한 XYZ 좌표는, 이 측정보다도 앞서 치수측정 연산처리부 (64) 가 촬상부 (25) 에 의한 촬상에 의하여 측정한 좌표, 또는 오퍼레이터로부터 입출력부 (114) 를 통하여 지정된 좌표를 이용한다.
도 18 과 같이, 치수측정 연산처리부 (64) 는 키네마틱 플레이트 (20) 상에 FOUP 형 캐리어 (18) 가 배치되어 있는 것을 전술한 도 20 또는 도 21 의 제어부 (201) 의 출력에 의하여 확인한다 (스텝 171). 그리고 치수측정 연산처리부 (64) 는 XYZ 구동제어부 (55) 에 이동을 지시함과 동시에, XYZ 카운터 (56) 로부터 검출결과를 수취하여 이동량의 피드백을 처리함으로써, 측정헤드 (10) 의 초점위치 (105) 를 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 의 a 점과 b 점으로 이동시키고, 레이저AF부 (30) 에 의하여 a 점과 b 점의 Y 축 좌표를 각각 측정한다 (스텝 172). 측정치는 측정결과 관리부 (65) 에 격납된다. 다음으로, 이 a 점과 b 점의 Y 축 좌표의 위치에서 XYZ 카운터 (56) 의 Y 카운터를 0 으로 리셋한다. 또한, X 축 이동부 (15) 의 X 축방향은, 도 23 ~ 도 27 을 이용하고, 이후에 설명하는 XYZ 축의 축방향의 조정에 의하여 전측 측면 (152) 과 평행하도록 정확하게 조정되어 있기 때문에 a 점과 b 점의 Y 축 좌표는 일치하고 있다.
치수측정 연산처리부 (64) 는 측정헤드 (10) 를 c 점 ~ j 점으로 순서로 이동시키고, 레이저AF부 (30) 에 의하여 Y 축 좌표를 각각 측정한다 (스텝 174 ~ 177). 이로써 리셋한 전측 측면 (152) 으로부터의 c 점 ~ j 점의 Y 축방향의 위치가 측정된다. 측정결과와 미리 정한 위치허용치 (±0.5 ㎜) 를 비교하고 (스텝 178), 허용치 이내이면 합격, 허용치 이외이면 불합격으로 판정한다 (스텝 180, 181). 또한, 측정한 c 점 ~ j 점의 Y 축방향의 위치 및 c 점 ~ j 점의 XZ 좌표를 사용하여 최소자승 평면을 산출하고, 이 산출된 평면과 페이셜 기준면 (142) 과의 평행도를 산출한다 (스텝 182 ~ 183). 상기 c 점 ~ j 점의 Y 축방향의 위치, 판정결과, 및 평행도는 측정결과 관리부 (65) 에 격납함과 동시에 CRT (70) 에 표시한다.
이렇게, 본 실시형태의 형상측정기는 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 을 캐리어 (18) 의 페이셜 기준면 (142) 과 평행한 면으로 하고 있기 때문에, 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 의 평면도를 캐리어 (18) 의 페이셜 기준면 (142) 을 기준으로 하여 측정할 수 있다. 이로써 핀 (20a, 20b, 20c) 의 배치를 검출하지 않고 페이셜 기준면 (142) 을 기준으로 측정할 수 있다. 따라서, 실제로 캐리어 (18) 가 사용되고 있는 반도체 디바이스의 제조공정에서의 캐리어 자세를 페이셜 기준면 (142) 을 기준으로 하여 정확하게 파악할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 그리고 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 의 위치가, 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 의 설계상의 목표위치와 일치하고 있는 경우에는, 전측 측면 (152) 에 대한 전면 (18a) 의 편차를 측정한다고 하는 간단한 방법으로 전면 (18a) 을 측정할 수 있다. 도 16 에서 나타낸 캐리어 (18) 의 좌측 측면 (18b) 을 측정할 때에도, 좌측 측면 (18b) 의 설계상의 목표위치를 나타내는 좌측 측면 (153) 을 준비하면, 동일하게 양자의 편차를 측정하는 방법에 의하여 좌측 측면 (18b) 을 측정할 수도 있다. 이렇게 키네마틱 플레이트 (20) 에 설계상의 목표치를 나타내는 형상을 형성함으로써, 캐리어 (18) 의 기준면을 의식하지 않고 측정하는 것이 가능해진다.
또한, 키네마틱 플레이트 (20) 는 페이셜 기준면 (142) 뿐만 아니라 수평 기준면 (141) 및 바이라테럴 기준면 (143) 과 평행한 면도 갖는 구성이기 때문에, 마찬가지로 이것들을 기준면으로 하여 캐리어 (18) 의 형상을 측정함으로써, 수평 기준면 (141) 또는 바이라테럴 기준면 (143) 에 기초한 측정을 용이하게 행할 수 있다. 따라서, 실제로 캐리어 (18) 가 사용되는 반도체 디바이스의 제조공정에서, 캐리어에 수납된 웨이퍼의 로봇 암에 의한 로딩 및 언로딩의 신뢰성의 보증 또는 FOUP 형 캐리어 (18) 의 도어 (92) 개폐의 신뢰성 보증이나, 캐리어 (18) 둘레의 면 (18a) 을 밀착시키는 로드포트와의 시일성을 보증할 수 있게 된다.
다음으로, 레이저AF부 (30) 를 사용하는 또 다른 측정예로서, FOUP 형 캐리어 (18) 에 수납된 웨이퍼 (97) 의 전 (前) 가장자리 형상에서, 수납상태의 웨이퍼 (97) 중심의 XY 좌표를 구하는 측정에 대하여 설명하기로 한다. 이 측정도 메모리 (67) 에 미리 격납되어 있는 도 29 의 플로우와 같은 프로그램을 치수측정 연산처리부 (64) 가 실행하여 행한다. 도 29 의 플로우에서는 측정점으로서 a, b, c 의 3 점이 사용되나, a ~ c 점에 측정헤드 (10) 를 이동시키기 위하여 필요한 XYZ 좌표는 이 측정보다도 앞서 치수측정 연산처리부 (64) 가 촬상부 (25) 에 의한 촬상에서 측정한 좌표이거나, 또는 오퍼레이터에서 입출력부 (114) 를 통하여 지정 된 좌표를 사용한다. 먼저, 측정헤드 (10) 를 a 점으로 이동시키고, 레이저AF부 (30) 에 의하여 Y 좌표를 고정밀도로 측정함으로써, a 점의 좌표치 (X1, Y1, Z1) 를 얻는다 (스텝 291, 292). 마찬가지로 b 점, c 점에 대해서도 레이저AF부 (30) 를 사용하여 측정한 b 점의 좌표치 (X2, Y2, Z2), c 점의 좌표치 (X3, Y3, Z3) 를 측정한다. 측정된 a ~ c 점 좌표치 중, X 좌표치와 Y 좌표치를 원의 공식 (Xi-X0) 2 + (Yi-Y0) 2 = R2 (단, I = 1, 2, 3) 에 대입하고, 중심좌표치 (X0, Y0) 를 산출한다 (스텝 295). 이로써, 캐리어 (18) 에 수용된 상태의 웨이퍼 (97) 의 중심인 XY 좌표 (X0, Y0) 를 산출할 수 있다.
또한, 웨이퍼 (97) 의 중심좌표의 높이 (Z 좌표 Z0) 는, 도 30a 와 같이 좌우의 티스 (93) 에 대하여 직접 측정한 좌표치에서 웨이퍼 (97) 에 자체중량 휨이 없는 것으로 한 경우의 수납 웨이퍼의 상정 높이 (Tc) 를 구하고, 여기에 웨이퍼 (97) 의 자체중량 휨을 가함으로써 구할 수 있다. 웨이퍼 (97) 의 자체중량 휨이란 웨이퍼 (97) 의 직경, 두께, 재질에 의하여 정해지는 휨량으로서, 계산에 의해 구할 수 있다. 상정 높이 (Tc) 는 도 31 과 같이 페이셜 기준면 (142) 위치에서 좌우의 티스 (93) 의 단부에 대하여 측정한 높이 (Z 좌표) (TL, TR) 를 수식 Tc = (TR + TL) /2 에 대입하여 산출할 수 있다. 또한, 수용 웨이퍼 (97) 의 상정 경사 (θ) 는 θ= tan-1 ((TR - TL)/W) (단, W 는 좌우의 티스 (93) 의 간격이다) 에 의하여 산출할 수 있다. 상정높이 (Tc), 상정경사 (θ) 는 다단으로 배치된 티스 (93) 의 각 단마다 구할 수 있다. 이로써, 수납되어 있는 웨이퍼 (97) 마다 중심 좌표의 높이를 구할 수 있다.
또한 캐리어 (18) 가 FOUP 형이 아니라 오픈타입인 경우에는, 도 32 와 같이 티스 (93) 의 전(前) 둘레의 높이 (TF) 와 후 둘레의 높이 (TB) 를 측정할 수 있다. 이것을 수식 Tc' = (TF + TB)/2 에 대입하여 티스 (93) 의 전후 방향 중앙의 상정 높이 (Tc') 를 산출할 수 있다. 마찬가지로 티스 (93) 의 상정경사 (θ') 는 θ' = tan-1 ((TF-TB)/L) (단, L 은 티스 (93) 의 전후의 길이이다) 에 의하여 산출할 수 있다. 또한, 티스 (93) 상의 웨이퍼 (97) 의 중심높이는, 도 30b 와 같이 웨이퍼 (97) 가 티스 (93) 를 따라서 자체중량으로 휘는 것을 고려함으로써 구할 수 있다.
다음으로, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 XYZ 이동축을 FOUP 형 캐리어 (18) 의 xyz 축과 평행하게 하는 조정에 대하여 설명하기로 한다. FOUP 형 캐리어 (18) 의 xyz 축은, 도 14 에 나타낸 바와 같이 캐리어 (18) 의 전면의 좌측 구석을 원점으로 하고, 수평 기준면 (141), 페이셜 기준면 (142), 바이라테럴 기준면 (143) 에 기초하여 정해진 축이다. x 축은, 페이셜 기준면 (142) 과 수평 기준면 (141) 의 교차선과 평행하고, y 축은 바이라테럴 기준면 (143) 과 수평 기준면 (141) 의 교차선과 평행하고, z 축은 페이셜 기준면 (142) 과 바이라테럴 기준면 (143) 의 교차선과 평행한다. XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 XYZ 이동축을 캐리어 (18) 의 xyz 축에 평행하도록 조정해 놓음으로써, 캐리어 (18) 및 수용되어 있는 웨이퍼의 형상 및 자세를, xyz 축에 의하여 정확하게 파악할 수 있다. 또한, 캐리어 (18) 의 형상은, xyz 축에 평행하는 부분이 많기 때문에, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 1 축 또는 2 축을 이동시키는 것만으로 측정 포인트를 촬상부 (25) 와 레이저 AF 의 초점 심도내에 측정 포인트를 들여보낼 수 있게 되어 측정시간을 단축시킬 수도 있게 된다.
XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 XYZ 이동축을, 캐리어 (18) 의 xyz 축과 평행하는 조정동작에 대하여 도 23 ~ 도 27 을 사용하여 설명한다. 호스트 컴퓨터 (113) 의 메모리 (67) 에는, 미리 도 26 및 도 27 의 플로우에 나타낸 프로그램이 격납되어 있다. 치수측정 연산처리부 (64) 는, 이 프로그램을 판독하여 실행함으로써 상기 조정을 행한다. 먼저 치수측정 연산처리부 (64) 는 측정헤드 (10) 의 선단에 변위계 (231) 를 장치하도록 오퍼레이터에게 재촉하는 표시를 CRT (70) 에 표시한다 (스텝 261). 오퍼레이터는 도 23 과 같이 변위계 (231) 를 장치한다. 이때, 변위계 (231) 의 센서의 축이 측정헤드 (10) 의 광속 (103) 과 일치하도록 장치된다. 변위계 (231) 의 출력은, 변위계 표시기 (232) 에 표시됨과 동시에 치수측정 연산처리부 (64) 에 입력된다. 오퍼레이터는 조이스틱 유닛 (71) 의 조이스틱을 조작하여 변위계 (231) 의 센서의 선단을 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 까지 이동시킨다. 치수측정 연산처리부 (64) 는, X 축 이동부 (155) 를 동작시켜 측정헤드 (10) 를 X 방향으로 이동시키면서 그 때의 변위계 (231) 의 출력을 받아들인다 (스텝 263). 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 은 앞에서 기술한 바와 같이 페이셜 기준면 (142) 과 평행하기 때문에, 이에 의하여 X 축의 Y 축방향에 대한 경사량을 검출할 수 있다. 다음으로 오퍼레이터는 조이스틱을 조작하여, 변위계 (231) 의 센서의 선단을 플레이트 (20) 의 상면 (151) 까지 이동시킨다. 치수측정 연산처리부 (64) 는 X 축 이동부 (15) 를 동작시켜 측정헤드 (10) 를 X 방향으로 이동시키면서, 그때의 변위계 (231) 의 출력을 받아들인다. 플레이트 (20) 의 상면 (151) 은 수평 기준면 (141) 과 평행하기 때문에, 이에 의하여 X 축의 Z 축방향에 대한 경사량을 검출할 수 있다.
치수측정 연산처리부 (64) 는, 받아들인 변위의 값으로부터 X 축 이동부 (15) 의 X 축에 대하여 전측 측면 (152) 및 상면 (151) 에 대한 평행도를 구하고, 평행이면 보정치 (0) 로서 스텝 265 으로 진행하고, 평행이 아니면 X 축의 Y 축 및 Z 축방향에 대한 경사량을 취소하기 위한 보정치 (경사량) 를 각각 작성한 뒤, 스텝 265c 으로 진행한다 (스텝 264, 265a, 265b). 치수측정 연산처리부 (64) 는 작성된 보정치를 내장하는 메모리에 격납하고, 그 이후의 조정 및 치수측정동작을 위하여 XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 를 이동시킬 때에는, 언제나 이 보정치를 고려하여 이동량을 제어함으로써 X 방향의 이동을 FOUP 형 캐리어 (18) 의 x 축과 평행하게 조정할 수 있다.
다음으로 스텝 265c 에서는, 오퍼레이터가 변위계 (231) 의 센서 선단을 플레이트 (20) 의 횡측 측면 (153) 과 상면 (152) 으로 각각 이동시키고, 치수측정 연산처리부 (64) 는 그 때마다 Y 축 이동부 (16) 를 동작시켜 측정헤드 (10) 를 Y 방향으로 이동시키면서 변위계 (231) 의 출력을 받아들인다. 이렇게 하여, Y 축의 X 축방향에 대한 경사량과 Z 축방향에 대한 경사량을 검출할 수 있다. 치수측정 연산처리부 (64) 는, 받아들인 변위의 값에서 Y 축 이동부 (16) 의 Y 축의 횡 측 측면 (153) 및 전측 측면 (152) 에 대한 평행도를 구하고, 평행하면 보정치를 0 으로 하고, 평행하지 않으면 Y 축의 X 축 및 Z 축방향에 대한 경사량을 취소하기 위한 보정량 (경사량) 을 작성한다. 치수측정 연산처리부 (64) 는 작성된 보정량을 내장하는 메모리에 격납하고, 그 이후에 XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 를 이동시킬 때에는 이 보정치를 고려하여 이동량을 제어함으로써 Y 방향의 이동을 FOUP 형 캐리어 (18) 의 y 축과 평행하게 조정할 수 있다.
다음으로 스텝 270, 271 에서는, 오퍼레이터에 직각 지그 (2650) 를 플레이트 (20) 의 상면에 탑재하도록 재촉하는 표시를 행한다. 오퍼레이터는 도 24 와 같이, 직각 지그 (250) 의 상호 직각을 이루는 측면 (251, 252) 이, 바이라테럴 기준면 (143) 과 페이셜 기준면 (142) 과 일치하도록 플레이트 (20) 상에 재치한다. 직각 지그 (250) 는 도 25a, 25b, 25c 와 같은 형상으로서, 상면 (235) 및 하면 (254) 은 측면 (251, 252) 에 대하여 직각이고, 또한 측면 (251) 과 측면 (252) 은 서로 직각이다. 그리고 오퍼레이터의 조이스틱 조작에 의하여, 변위계 (231) 의 선단이 직각 지그 (250) 의 전측 측면 (252) 을 측정하는 위치까지 측정헤드 (10) 를 이동시킨다 (스텝 272). 치수측정 연산처리부 (64) 는, 이 상태에서 Z 축 이동부 (17) 를 동작시켜 측정헤드 (10) 를 Z 방향으로 이동시키면서, 변위계 (231) 의 출력을 받아들인다 (스텝 273). 이로써 Z 축의 Y 축방향에 대한 경사량을 검출한다 (스텝 274). 그리고 경사량을 보정하기 위하여 Z 축 이동부 (17) 의 레일 (17a) 을 Y 축방향으로 경사지게 하기 위한 양을 CRT (70) 에 표시하여 오퍼레이터에게 조정을 재촉한다 (스텝 275). 오퍼레이터는 레일 (17a) 의 나사를 조정하여 레일 (17a) 의 축방향을 Y 축 방향으로 경사지게 조정한다.
마찬가지로, 스텝 276 ~ 279 에서는, 변위계 (231) 의 선단이 직각 지그 (250) 의 횡측 측면 (251) 을 측정하도록 하고, Z 축 이동부 (17) 를 동작시켜 측정헤드 (10) 를 Z 방향으로 이동시키면서 변위계 (231) 의 출력을 받아들인다. 그리고, Z 축의 X 축방향에 대한 경사량을 검출하고, 경사량을 보정하기 위하여 Z 축 이동부 (17) 의 레일 (17a) 을 X 축 방향으로 경사지게 하기 위한 양을 CRT (70) 에 표시하여 오퍼레이터에게 조정을 재촉한다. 오퍼레이터는 레일 (17a) 의 나사를 조정하여 레일 (17a) 의 축방향을 X 축 방향으로 경사지게 조정한다. 이로써 Z 축 이동부 (17) 의 Z 방향을 FOUP 형 캐리어 (18) 의 z 축에 평행하도록 기계적으로 조정할 수 있다.
이상의 동작에 의하여, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 XYZ 축을, FOUP 형 캐리어 (18) 의 xyz 축과 평행하게 조정할 수 있다. 또한, 여기에서는, X 축 Y 축의 조정을 치수측정 연산처리부 (64) 의 소프트상의 보정에 의하여 조정하고, Z 축을 기계적으로 조정하고 있는데, XYZ 축을 모두 소프트상의 보정에 의하여 조정할 수도 있고, XYZ 축을 모두 레일 (15a, 16a, 17a) 의 축을 조정함으로써 기계적으로 조정할 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 대하여 설명하기로 한다. 제 2 의 실시형태에서는, 측정헤드 (10) 의 초점위치 (105) 와 측정헤드 (10) 의 선단과의 거리, 즉 작동거리가 도 33a 와 같이 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 과 티스 (93) 의 전단과의 거리보다도 길어지도록 설계되어 있다. 타 구성은 제 1 실시형태와 동일하게 한다. 측정헤드 (10) 의 선단이란 측정대상측에 가장 가까이 있는 선단을 말한다. 도 4 의 구성의 경우, 링형상 경통 (102) 의 창 (39, 40) 이 측정헤드 (10) 의 선단이 된다. 작동거리는 대물렌즈 (24), 집광렌즈 (28, 29) 등의 렌즈계의 초점거리 및 레이저AF부 (30) 의 광축 (104) 의 방향을 설계함으로써 길게 할 수 있다. 작동거리를 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 과 티스 (93) 의 전단과의 거리보다도 길게 함으로써, 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 부근에 측정헤드 (10) 를 배치하면서, 티스 (93) 의 전단을 직접 측정할 수 있기 때문에, 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 과 티스 (93) 와의 거리 등을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
또한, 도 33b 와 같이 측정헤드 (10) 의 작동거리를 더욱 길게 설계하고, 작동거리를 로보팅 핸들 (94) 의 기부와 전면 (18a) 과의 거리보다도 길게 할 수도 있다. 이 경우, 캐리어 (18) 의 전면 (18a) 과 로보팅 핸들 (94) 의 기부와의 거리 등을 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
이렇게, 측정헤드 (10) 의 작동거리를 길게 설계함으로써, 직경 300 ㎜ 의 웨이퍼 (97) 를 수납하는 캐리어 (18) 와 같은, 대형 캐리어에 대해서도, 형상이나 크기를 광학적 수법으로 측정할 수 있기 때문에 양호한 정밀도로 측정할 수 있다.
*다음으로, 본 발명의 제 3 의 실시형태의 형상측정기에 대하여 설명하기로 한다. 제 1 의 실시형태에서는, 키네마틱 플레이트 (20) 는 캐리어 (18) 의 개구를 측정헤드 (10) 에 대향시키는 방향으로 고정되어 있었으나, 제 3 의 실시형태 에서는 키네마틱 플레이트 (20) 의 방향을 회전시켜 장치할 수 있는 구성으로 한다. 그 외의 다른 구성은 제 1 실시형태와 동일하게 한다. 구체적으로는, 도 34a 와 같이 키네마틱 플레이트 (20) 에 키네마틱 플레이트 (20) 의 중심에 대하여 회전 대칭이 되는 위치에 배치된 4 개의 볼트 통과 구멍 (346) 을 형성한다. 또한, 키네마틱 플레이트 (20) 의 각의 1 지점에 돌기 (347) 를 형성한다. 한편, 스테이지 (12) 에는 도 34e 와 같이 4 개의 볼트 통과 구멍 (346) 에 대응하는 위치에 나사구멍이 형성되어 있다. 이로써, 고정볼트 (348) 를 볼트 통과 구멍 (346) 에 통과하게 하여 나사 구멍 (345) 에 고정시킴으로써, 키네마틱 플레이트 (20) 를 도 34a ~ 34d 중의 어느 한 방향이라도 스테이지 (12) 에 고정시킬 수 있다. 스테이지 (12) 의 측면에는 돌기 (347) 를 검출하기 위한 스위치 (341 ~ 344) 가 사방에 배치되어 있다.
따라서, 캐리어 (18) 의 전면, 즉 도 14 의 FOUP 형 캐리어 (18) 의 xz 면을 측정하고자 하는 경우에는, 도 34a 의 방향에서 키네마틱 플레이트 (20) 를 스테이지 (12) 에 고정시킴으로써, 탑재된 캐리어 (18) 의 전면을 케이스 (11) 측을 향하게 할 수 있다. 도 34a 의 방향의 키네마틱 플레이트 (20) 의 돌기 (347) 는 스위치 (341) 로 검출된다. 따라서 스위치 (341) 가 돌기 (348) 를 검출한 경우에는, 키네마틱 플레이트 (20) 가 캐리어 (18) 의 전면 측정 방향인 것이 검지된다. 스위치 (341) 의 출력신호는 후술하는 좌표축 변환기 (351) 로 좌표를 변환하는 데 사용된다. 마찬가지로, 캐리어 (18) 의 좌측 면 (캐리어 (18) 의 xyz 좌표계 (도 14) 에서 -yz 면) 을 측정하고자 하는 경우에는 도 34b 의 방향으 로, 배면 (-xz 면) 을 측정하고자 하는 경우에는 도 34c 의 방향으로, 캐리어의 우측 면 (yz 면) 을 측정하고자 하는 경우에는 도 34d 의 방향으로 키네마틱 플레이트 (20) 를 스테이지 (12) 에 탑재한다.
이렇게 키네마틱 플레이트 (20) 의 방향을 회전시켜 부착함으로써, 핀 (20a, 20b, 20c) 에 캐리어 (18) 를 탑재하는 것만으로, 정확하게 캐리어 (18) 의 방향을 소망하는 방향을 향하여, 그 방향으로부터 형상을 측정할 수 있다. 따라서, 캐리어 (18) 의 전체 형상을 고정밀도로 측정할 수 있게 된다. 이로써, 인력으로 반송하기 곤란하여 자동 반송이 필요한 대형 캐리어 (18) 에 대하여 전체 형상을 양호한 정밀도로 측정할 수 있기 때문에, 자동 반송의 동작 신뢰성을 보증할 수 있다.
또한, 키네마틱 플레이트 (20) 방향의 회전은, 캐리어 (18) 의 탑재 전에 행한다. 이로써, 회전에 의하여 캐리어 (18) 나 수납된 웨이퍼에 충격을 줄 염려가 없고, 캐리어 (18) 나 웨이퍼의 자세가 흐트러지지 않는다. 따라서 어느 방향에서도 키네마틱 커플링에 의하여 위치가 결정된 상태의 캐리어 (18) 자세를 고정밀도로 측정할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 도 34a ~ 34d 와 같이 키네마틱 플레이트 (20) 를 회전시켜 배치한 경우에는, CCD 카메라 (22) 의 화상상의 좌표계 (xM, yM) (도 36b 참조) 가, 캐리어 (18) 의 xyz 좌표계에서는 도 34a 의 배치인 경우는 xz 평면에 대응하고, 도 34b 의 배치인 경우 -yz 면에 대응하고, 도 34c 의 배치인 경우 -xz 면에 대응하고, 도 34d 의 배치인 경우 yz 면에 대응한다. 그래서, 치수측정 연산처리부 (64) 가 CCD 카메라의 화상 중심좌표와, 그 중심좌표를 나타내는 XYZ 카운터 (56) 의 좌표 XYZ (XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 기계좌표 XYZ) 를 중첩시켜 화상상의 각 화소의 좌표를 구하기 전에 좌표축을 변환시켜야 한다. 본 실시형태에서는, 도 35 와 같이 화상처리부 (111) 와 호스트 컴퓨터 (113) 간에 좌표축 변환기 (351) 를 배치하고 있다. 좌표축 변환기 (351) 는 스위치 (341 ~ 344) 의 출력이 입력되고, 이 출력에 의하여 키네마틱 플레이트 (20) 가 도 34a ~ 도 34d 의 어느 방향인지를 검지하고, 그 결과에 따라서 화상처리부 (111) 의 출력화상 좌표와 XYZ 카운터 (56) 의 출력좌표를 좌표변환시켜 치수측정 연산처리부 (64) 에 주고받는다.
구체적으로, 좌표축 변환기 (351) 가 스위치 (341) 에서 출력신호를 수취한 경우에는, xz 면 (개구면) 이 CCD 카메라 (22) 에 의하여 촬영되는 방향으로 탑재되어 있기 때문에, CCD 카메라 (22) 의 화상상의 좌표축 (xM, yM) 을 좌표축 (x, z) 으로 변환한다 (도 36a). 예를 들어, 도 35 의 화상 (351) 과 같은 화상이 CCD 카메라 (22) 에 의하여 촬상된 경우, 화상 (351) 상의 점은 CCD 카메라 (22) 의 출력화상상의 좌표축 (xM, yM) 에 의하여 2차원으로 표시되고, 여기에 z 를 부가하여 3차원으로 하면, p03 이라는 점의 좌표는 (xM, yM, z) = (5, 24, z) 이다. 이 xMyM 면이 캐리어 (18) 의 축에서는 xz 평면에 대응하기 때문에 xM 을 x 로, yM 을 z 에 대응시키는 좌표변환을 좌표축 변환기 (351) 가 행하고, p03 의 좌표를 (5, y, 24) 로 변환시킨다 (도 35 의 화상 (352) 참조).
또한, 좌표축 변환기 (351) 가 스위치 (342) 에서 출력신호를 수취한 경우에는 -yz 면 (좌측면) 이 CCD 카메라 (22) 에 의하여 촬상되어 있는 방향으로 탑재되 어 있기 때문에, CCD 카메라 (22) 의 화상상의 좌표축 (xM, yM) 의 xM 을 -y 로, yM 을 z 로 변환한다 (도 36a). 따라서 예를 들어, 변환전의 (5, 24, z) 의 좌표는 (x, -5, 24) 로 변환된다. 마찬가지로, 좌표축 변환기 (351) 가 스위치 (343) 에서 출력신호를 수취한 경우에는, -xz 면 (배면) 이 CCD 카메라 (22) 에 의하여 촬상되고 있기 때문에, CCD 카메라 (22) 의 화상상의 좌표축 (xM, yM) 의 xM 을 -x 로, yM 을 z 로 변환한다. 따라서 예를 들어, 변환전의 (5, 24, z) 의 좌표는 (-5, y, 24) 로 변환된다. 또한, 좌표축 변환기 (351) 가 스위치 (344) 에서 출력신호를 수취한 경우에는, yz 면 (우측면) 이 CCD 카메라 (22) 에 의하여 촬상되고 있기 때문에, CCD 카메라 (22) 의 화상상의 좌표축 (xM, yM) 의 xM 을 y 로, yM 을 z 로 변환한다. 따라서 예를 들어, 변환전의 (5, 24, z) 의 좌표는 (x, 5, 24) 로 변환된다.
한편, 좌표축 변환기 (351) 는, XYZ 카운터 (56) 의 출력좌표도 변환한다. 측정헤드 (10) 에 대향하는 면을 XYZ 카운터 (56) 의 축으로 표시하면 XZ 면이나, 실제로 측정헤드 (10) 에 대향하고 있는 면은, 스위치 (341) 가 출력되고 있을 때 캐리어 (18) 의 xyz 축에서는 xz 면, 스위치 (342) 가 출력되고 있을 때에는 -yz 면, 스위치 (343) 가 출력되고 있을 때에는 -xz 면, 스위치 (344) 가 출력되고 있을 때에는 yz 면이다 (도 36a 참조). 따라서 좌표축 변환기 (351) 는 CCD 카메라 (22) 화상의 중심위치를 나타내는 XYZ 카운터 (56) 의 좌표를 캐리어 (18) 의 좌표측으로 변환시켜 치수측정 연산처리부 (64) 에 건네준다. 스위치 (341) 가 출력되고 있는 경우에는 변환전의 XZ 면을 캐리어 (18) 의 xz 면의 좌표의 화상 (354) 으로 변환한다 (도 35 의 화상 (353, 354 참조)). 따라서 이 경우에는, 실질적인 좌표계의 변경은 없고, CCD 카메라 (22) 의 화상의 중심위치를 나타내는 XYZ 카운터 (56) 의 좌표 (130, Y, 210) 를 (130, y, 210) 으로 변환시켜 치수측정 연산처리부 (64) 로 건네준다. 마찬가지로, 스위치 (342) 가 출력되고 있는 경우에는 좌표축 변환기 (351) 는 XYZ 카운터 (56) 의 좌표 (130, Y, 210) 를 (x, -130, 210) 으로 변환시키고, 스위치 (343) 가 출력되고 있는 경우에는 (-130, y, 210) 으로 변환시키고, 스위치 (344) 가 출력되고 있는 경우에는 (z, 130, 210) 으로 변환시킨다.
치수측정 연산처리부 (64) 에서는, 좌표축 변환기 (351) 에서 수취한 좌표변환후의 CCD 카메라 (22) 의 출력화상 (352) 상의 중심좌표 (0, y, 0) 가, 그 위치를 나타내는 XYZ 카운터 (56) 의 좌표를 변환시킨 좌표 (130, y, 210) 에 중첩시키는 연산을 행하고, 화상 (352) 의 각 화소의 좌표를 산출한다. 산출후의 좌표는 도 35 의 화상 (355) 과 같이 된다. 치수측정 연산처리부 (64) 는 화상 (355) 상의 각 점의 좌표를 사용하여, 화상 (355) 에 나타나는 형상의 횡폭이나 종폭의 계산을 도 35 와 같이 행한다.
이렇게, 제 3 실시형태에서는 좌표축 변환기 (351) 를 배치함으로써, 키네마틱 플레이트 (20) 를 회전시킨 경우에도, 캐리어 (18) 방향의 좌표에 맞추어 형상을 측정할 수 있다.
또한, 제 3 실시형태에서는, 좌표축 변환기 (351) 에 의하여 변환시킨 좌표를 이용하여 치수 연산을 행하는 구성이었으나, 치수를 구하고자 하는 부분이 CCD 카메라 (22) 의 1 화상, 즉, 1 화면 내에 들어있는 경우에는, 좌표를 변환시키지 않고 CCD 카메라 (22) 가 출력하는 화상상에서의 좌표를 사용하여 치수를 연산할 수 있다. 예를 들어, 도 35 의 계산식 354 에서와 같이 계산하여, CCD 카메라 (22) 의 1 화소내의 측정대상물의 종폭 및 횡폭을 구할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 제 4 실시형태의 형상측정기에 대하여 설명하기로 한다. 제 4 실시형태의 형상측정기는, 제 3 실시형태와 마찬가지로 키네마틱 플레이트 (20) 를 회전할 수 있는 구성이다. 제 3 실시형태에서는 고정볼트 (348) 를 다시 죄어 회전시키는 구성이었던 것에 비하여, 제 4 실시형태에서는, 도 37 과 같이 스테이지 (12) 가 회전테이블 (372) 과 회전테이블을 회전시키는 구동부 (373) 를 포함하는 구성으로 한다. 회전테이블 (373) 에는 키네마틱 플레이트 (20) 를 나사로 고정시키기 위한 4 개의 나사구멍 (374) 이 형성되어 있다. 이 나사 고정에 의하여 키네마틱 플레이트 (20) 의 3 개의 핀 (20a, 20b, 20c) 의 중심 (즉, 페이셜 기준면 (142) 과 바이라테럴 기준면 (143) 과의 교차점) 이 회전테이블 (372) 의 회전중심 (375) 과 위치가 맞춤되고, 키네마틱 플레이트 (20) 가 회전테이블 (372) 상에 고정된다. 구동부 (373) 에는 회전구동제어부 (371) 가 접속된다. 또한, 구동부 (373) 에는 회전테이블 (372) 의 회전각도를 검출하는 검출부가 구비되어 있다. 회전구동제어부 (371) 는 오퍼레이터의 지시를 입출력부 (114) 및 호스트 컴퓨터 (113) 를 통하여 수취하고, 구동부 (373) 에 회전지시를 출력하고, 90 도마다 회전테이블 (372) 을 회전시킨다. 이로써, 도 34a ~ 34d 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 전면 측정용, 좌측면 측정용, 배면 측정용, 우 측면 측정용의 4 방향으로 키네마틱 플레이트 (20) 를 향하게 할 수 있다. 따라서, 캐리어 (18) 를 키네마틱 플레이트 (20) 에 탑재하기 전에, 오퍼레이터가 소망하는 방향으로 키네마틱 플레이트 (20) 를 향하여 놓음으로써, 제 3 의 실시형태와 동일하게 캐리어 (18) 를 소망하는 방향으로 탑재하여 캐리어 (18) 의 전체 형상을 측정할 수 있다.
또한, 회전구동제어부 (371) 에서는, 회전테이블 (372) 의 회전각도정보가 좌표축 변환기 (351) 에 입력된다. 좌표축 변환기 (351) 는 회전각도정보에서 키네마틱 플레이트 (20) 의 방향을 검지하고, 제 3 실시형태와 동일하게 좌표축을 변환한다.
다음으로, 제 5 실시형태의 형상측정기에 대하여 설명하기로 한다. 제 5 실시형태의 형상측정기도 제 3, 제 4 실시형태와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 탑재 방향을 4 방향으로 변환할 수 있는 구성이나, 본 실시형태에서는 키네마틱 플레이트 (20) 의 방향을 회전시키지 않고, 복수의 키네마틱 커플링 핀 중의 하나를 선택적으로 돌출시킴으로써, 키네마틱 커플링 핀의 방향을 변경하고 캐리어 (18) 의 탑재방향을 변환시킨다. 즉 도 38 에 나타낸 바와 같이, 키네마틱 플레이트 (20) 에는 4 조의 키네마틱 커플링 핀 (20a ~ 20l) 이 배치되어 있다. 이 중 핀 20a, 20b, 20c 은 도 34a 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 전면 측정용의 키네마틱 커플링 핀이다. 또한 핀 20d, 20e, 20f 는 도 34b 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 좌측면 측정용의 키네마틱 커플링 핀이다. 핀 20g, 20h, 20i 는 도 34c 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 배면 측정용의 키네마틱 커플링 핀이다. 핀 20j, 20k, 20l 은 도 34d 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 우측면 측정용의 키네마틱 커플링 핀이다.
이들 핀 (20a ~ 20l) 은 모두 플레이트 (20) 에서 출몰가능한 구성으로 되어 있다. 구체적으로는, 도 39a, 39b 에 나타낸 바와 같이 핀 (20a ~ 20l) 은 플레이트 (20) 에 형성된 관통 구멍 (394) 내에 배치되어 있다. 관통구멍 (394) 의 플레이트 (20) 의 이면측의 개구에는, 핀 (20a ~ 20l) 을 밀어올리기 위한 돌출봉 (392) 과 돌출봉 (392) 을 출몰시키는 구동원 (393) 이 배치되어 있다. 구동원 (393) 으로는 솔레노이드 또는 에어실린더 등을 사용할 수 있다. 또한 핀 (20a ~ 20l) 에는 리턴스프링 (391) 이 감겨있다. 구동원 (393) 은 도 38 의 핀 상하구동 제어부 (381) 에 접속되어 있다.
이 구성에서는 핀 상하구동 제어부 (381) 가 돌출시키고자 하는 키네마틱 커플링 핀 (예를 들어 핀 (20a, 20b, 20c)) 의 구동원 (393) 에 돌출을 지시하는 신호를 출력하면, 구동원 (393) 은 돌출봉 (392) 을 돌출시키고, 도 39b 의 상태로 한다. 이로써, 그 핀 (20a, 20b, 20c) 은 플레이트 (20) 의 관통구멍 (394) 에서 주-평면상으로 돌출된다. 또한, 돌출되어 있는 핀 (20a, 20b, 20c) 을 수납할 때에는, 핀 상하구동 제어부 (381) 가 구동원 (393) 에 수납을 지시하는 신호를 출력한다. 이로써, 돌출봉 (392) 은 구동원 (393) 에 인입되고, 리턴스프링 (391) 의 스프링력에 의하여 도 39a 와 같이 핀 (20a, 20b, 20c) 이 관통구멍 (394) 내에 수납된다.
핀 상하구동 제어부 (381) 는 오퍼레이터로부터 캐리어 (18) 의 탑재방향을 지시하는 지시를 입출력부 (114) 및 호스트 컴퓨터 (113) 를 통하여 수취하고, 그 방향을 따라서 4 조의 키네마틱 커플링 핀 중의 1 조만을 돌출시키고, 다른 3 조의 키네마틱 커플링 핀은 플레이트 (20) 내에 수납한다. 오퍼레이터가 지시한 탑재방향이 캐리어 (18) 의 전면 측정용의 방향인 경우에는, 4 조의 핀 중 핀 (20a, 20b, 20c) 의 조를 돌출시킨다. 또한 오퍼레이터가 지시한 탑재방향이 캐리어 (18) 의 좌측면 측정용의 방향인 경우에는, 핀 (20d, 20e, 20f) 의 조를 돌출시킨다. 오퍼레이터가 지시한 탑재방향이 캐리어 (18) 의 배면 측정용의 방향인 경우에는, 핀 (20g, 20h, 20i) 의 조를 돌출시킨다. 오퍼레이터가 지시한 탑재방향이 캐리어 (18) 의 우측면 측정용의 방향인 경우에는, 핀 (20j, 20k, 20l) 의 조를 돌출시킨다.
이로써, 도 34a ~ 34 d 와 마찬가지로 캐리어 (18) 의 전면 측정용, 좌측면 측정용, 배면 측정용, 우측면 측정용의 4 종류의 배치로 핀 (20a ~ 20l) 을 돌출시킬 수 있다. 따라서, 캐리어 (18) 를 키네마틱 플레이트 (20) 에 탑재하기 전에, 오퍼레이터가 소망하는 탑재 배치에 따른 핀 (20a ~ 20l) 의 조를 도출시켜 놓음으로써, 제 3, 제 4 의 실시형태와 마찬가지로 캐리어 (18) 를 소망하는 방향으로 탑재시킬 수 있고 캐리어 (18) 의 전체 형상을 측정할 수 있다.
또한, 핀 상하구동 제어부 (381) 에서는 핀 (20a ~ 20l) 중 어느 조의 핀을 돌출시켰는가가 좌표축 변환기 (351) 에 입력된다. 좌표축 변환기 (351) 는 돌출시킨 핀의 조에서 캐리어 (18) 가 탑재되는 방향을 검지하고, 제 3, 제 4 의 실시형태와 동일하게 좌표축을 변환시킨다.
전술한 제 1 실시형태에서는 키네마틱 플레이트 (20) 가 도 15 와 같이 수평 기준면 (141), 페이셜 기준면 (142), 바이라테럴 기준면 (143) 에 평행한 면 (151, 152, 153) 등을 가지는 구성으로 하고, 이들 면 (151, 152, 153) 을 이용하여 XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 축방향을 조정하였다 (도 26, 도 27). 그러나, 키네마틱 플레이트 (20) 를 기준면 (141, 142, 143) 에 평행한 면을 갖지 않는 구성으로 할 수도 있다. 이 경우에도, 도 42, 도 43 에 나타낸 바와 같은 직각 지그 (410) 를 이용함으로써 XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 축방향을 조정할 수 있다.
직각 지그 (410) 는, 플레이트부 (411) 와 플레이트 (411) 의 상면에 고정된 직각 기둥부 (412) 를 갖는다. 플레이트 (411) 의 이면에는, 플레이트 (20) 에 탑재되었을 때, 핀 (20a, 20b, 20c) 의 키네마틱 커플링하는 V 홈 형상 오목부 (421a, 421b, 421c) 가 형성되어 있다. 또한, 플레이트 (411) 의 상면 (416) 은 키네마틱 커플링보다 플레이트 (20) 에 탑재된 상태에서, 수평 기준부 (141) 와 평행한 면이 되도록 형성되어 있다. 또한, 플레이트 (411) 의 전측 (케이스 (11)) 의 측면 (415) 은 페이셜 기준면 (142) 과 평행하도록 형성되고, 횡측 측면 (417) 은 바이라테럴 기준면 (143) 과 평행하도록 형성되어 있다. 직각 기둥부 (412) 는 서로 직각인 측면 (413, 414) 이 페이셜 기준면 (142) 과 바이라테럴 기준면 (143) 에 대하여 일치하도록 배치되어 있다.
이 직각 지그 (410) 를 사용하여, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 XYZ 축을 축 조정하는 순서를 도 40, 도 41 의 플로우를 이용하여 간단히 설명하기로 한다. 축 조정의 순서는 제 1 실시형태의 도 26, 도 27 의 플로우와 기본적으로는 동일하나, 스텝 261 의 다음에 직각 지그 (410) 를 키네마틱 플레이트 (20) 상에 탑재시키는 점이 상이하다. 이것은 키네마틱 플레이트 (20) 가 기준면 (141, 142, 143) 에 평행한 면을 가지고 있지 않기 때문에, 최초에 직각 지그 (410) 를 탑재시키고 직각 지그 (410) 의 면 (415, 416, 417) 을 사용하여 XY 축의 축을 조정할 필요가 있기 때문이다. 따라서, 도 40 의 스텝 462 ~ 469 까지의 각 스텝은 도 26 의 스텝 262 ~ 269 까지의 각 스텝의 동작과 기본적으로는 동일하나, 도 26 의 플로우에서는 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152), 상면 (151), 횡측 측면 (153) 을 상용한 스텝에서, 도 40 의 플로우에서는 직각 지그 (410) 전측 측면 (415), 상면 (416), 횡측 측면 (417) 을 사용하는 점이 상이하다. 이들 도 40 의 각 스텝에 의하여 XY 축 이동부 (15, 16) 의 X 축, Y 축의 조정을 보정치에 의하여 원만하게 행할 수 있다. 마찬가지로, 도 41 의 플로우에서의 스텝 472 ~ 479 는 도 27 에서의 플로우의 스텝 272 ~ 279 와 기본적으로 동일하나, 도 27 의 플로우에서는 플레이트 (20) 의 전측 측면 (252), 횡측 측면 (413) 을 이용하는 스텝에서, 도 41 에서의 플로우에서는 직각 지그 (410) 의 전측 측면 (414), 횡측 측면 (413) 을 이용하는 점이 상이하다. 이들 도 41 의 각 스텝에 의하여 Z 축 이동부 (17) 의 Z 축을 기계적으로 조정할 수 있다.
또한, 제 1 실시형태의 형상 측정기에서는, 키네마틱 커플링에 의하여 캐리어 (18) 를 지지하기 위하여, 스테이지 (12) 상에 키네마틱 플레이트 (20) 를 탑재하고 있는데, 스테이지 (12) 의 상면에 직접 키네마틱 커플링 핀 (20a, 20b, 20c) 을 형성하는 구성을 취할 수도 있다.
도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 측정기 본체 (110) 의 외관을 나타낸 사시도.
도 2 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 감압팬 (48) 의 비가동시의 도 1 의 A-A' 단면도.
도 3 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 전체 구성을 나타낸 블록도.
도 4 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 측정헤드 (10) 의 선단부의 구성을 나타낸 단면도.
도 5 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 측정헤드 (10) 의 레이저AF부 (30) 를 (a) 종(縱)배치한 경우와 (b) 횡(橫)배치한 경우의 형상을 나타낸 사시도.
도 6 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 감압용 팬 (48) 의 비가동시의 도 2 의 B-B' 단면도.
도 7 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 감압용 팬 (48) 의 가동시의 도 2 의 B-B' 단면도.
도 8 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치의 감압팬 (48) 의 가동시의 도 1 의 A-A' 단면도.
도 9 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치로 측정할 수 있는 FOUP 형 캐리어 (18) 의 구성을 나타낸 사시도.
도 10 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치로 도 9 의 캐리어 (18) 의 면 (98) 에 대하여 평면도를 측정하는 순서를 설명하기 위한 설명도.
도 11 은, 도 9 의 캐리어 (18) 에 반도체 웨이퍼 (97) 가 수용된 상태와, 측정위치의 예를 나타내기 위한 설명도.
도 12 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치로 도 9 의 캐리어 (18) 의 면 (98) 에 대하여 평면도를 측정하는 동작을 나타내기 위한 플로차트.
도 13 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정장치에 있어서, (a) 방진시트 (14) 에 극간 (49) 을 발생시키기 쉬운 구성으로 한 설명도, (b) 방진시트 (14) 의 이완을 방지하기 위한 다른 구성예를 나타내는 설명도.
도 14 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기로 측정대상이 되는 FOUP 형 캐리어 (18) 의 형상과, 그 기준면을 나타낸 설명도.
도 15 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 키네마틱 플레이트 (20) 의 형상과, FOUP 형 캐리어 (18) 의 기준면과의 관계를 나타낸 설명도.
도 16 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 키네마틱 플레이트 (20) 의 크기와, FOUP 형 캐리어 (18) 의 외형 관계를 나타낸 설명도.
도 17 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 키네마틱 플레이트 (20) 의 전측 측면 (152) 을 순서로 하여 캐리어 (18) 의 전면 (前面; 18a) 의 평면도를 측정하는 순서를 나타낸 설명도.
도 18 은, 도 17 의 측정동작을 나타낸 플로우 차트.
도 19 는, 본 발명의 제 1 의 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 키네마틱 플 레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 과, 캐리어 (18) 의 오목부 (191) 와의 끼워맞춤이 (a) 완전한 상태 (b) 불완전한 상태를 나타낸 단면도.
도 20 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어형성 측정기의 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 을 요동시키기 위한 구성을 나타낸 블록도.
도 21 의 (a), (b), (c), (d) 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 에서 공기를 분출시키는 구성으로 하는 경우의 핀 (20a, 20b, 20c) 의 단면도.
도 22 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 키네마틱 플레이트 (20) 의 핀 (20a, 20b, 20c) 에서 공기를 분출시키기 위한 구성을 나타낸 블록도.
도 23 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 축방향을 조정하는 동작을 행하는 경우의 구성을 나타낸 사시도.
도 24 는, 도 23 의 조정 동작에서 사용되는 직각 지그 (250) 의 구성과, 기준면과의 관계를 나타낸 설명도.
도 25 는, 도 23 의 조정 동작에서 사용되는 직각 지그 (250) 의 구성을 나타낸 (a) 상면도, (b) 측면도, (c) 측면도.
도 26 은, 도 23 의 조정 동작을 나타낸 플로차트.
도 27 은, 도 23 의 조정 동작을 나타낸 플로차트.
도 28 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 웨이퍼 (97) 의 앞 둘레의 좌표로부터 웨이퍼의 중심좌표를 구하는 측정을 설명하는 설명도.
도 29 는, 도 28 의 측정동작을 나타낸 플로차트.
도 30 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, (a) 티스의 좌표로부터 자체중량 휨을 고려하여 웨이퍼 (97) 의 중심 높이를 구하는 것을 설명한 단면도, (b) 티스 (93) 부분에서는 티스 (93) 를 따라서 웨이퍼 (97) 가 휘는 것을 설명하는 단면도.
도 31 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 티스 (93) 의 좌표로부터 웨이퍼의 상정 높이 (Tc) 를 구하는 것을 설명하기 위한 캐리어 (18) 의 단면도.
도 32 는, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 캐리어 (18) 가 오픈 캐리어인 경우, 티스 (93) 의 좌표로부터 티스의 상정 높이 (Tc') 를 구하는 것을 설명하기 위한 캐리어 (18) 의 단면도.
도 33 의 (a), (b) 는, 본 발명의 제 2 의 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 측정헤드 (10) 의 작동거리를 나타낸 설명도.
도 34 는, 본 발명의 제 3 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, (a) ~ (d) 는 플레이트 (20) 의 방향을 나타낸 사시도, (e) 는 측정기 본체의 구성을 나타낸 사시도.
도 35 는, 본 발명의 제 3 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 좌표축 변환기 (351) 의 동작을 나타낸 설명도.
도 36 은 본 발명의 제 3 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, (a) 는 좌표축 변환기 (351) 가 변환하는 좌표계 설명도, (b) 는 CCD 카메라 (22) 의 출력화상상의 좌표축을 나타낸 설명도.
도 37 은, 본 발명의 제 4 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 측정기 본체의 구성과 회전구동제어부 (371) 를 나타낸 블록도.
도 38 은, 본 발명의 제 5 실시형태의 캐리어 형상 측정기의 측정기 본체의 구성과 핀 상하구동 제어부 (371) 를 나타낸 블록도.
도 39 의 (a), (b) 는, 도 38 의 캐리어 형상 측정기의 플레이트 (20) 의 핀 (20a ~ 20l) 의 구성을 나타낸 단면도.
도 40 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 플레이트 (20) 가 기준면을 갖지 않는 구성으로 된 경우, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 축방향의 조정방법을 나타낸 플로차트.
도 41 은, 본 발명의 제 1 실시형태의 캐리어 형상 측정기에 있어서, 플레이트 (20) 가 기준면을 갖지 않는 구성으로 된 경우, XYZ 축 이동부 (15, 16, 17) 의 축방향의 조정방법을 나타낸 플로차트.
도 42 는, 도 40, 도 41 의 조정동작에서 사용되는 직각 지그 (410) 의 (a) 상면도, (b) 측면도, (c) 측면도.
도 43 은, 도 40, 도 41 의 조정동작에서 사용되는 직각 지그 (410) 의 구성과, 기준면과의 관계를 나타낸 설명도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 측정헤드 11 : 케이스
18 : 캐리어 110 : 측정기 본체
111 : 화상처리부 112 : 컨트롤러
113 : 호스트 컴퓨터 114 : 입출력부

Claims (11)

  1. 측정대상인 캐리어를 지지하는 스테이지와,
    상기 캐리어와의 상대 위치 관계에 기초하여 상기 캐리어의 형상을 측정하는 측정부를 구비하고,
    상기 스테이지는, 키네마틱 커플링에 의하여 상기 캐리어를 지지하기 위하여, 키네마틱 커플링 핀을 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 캐리어와 상기 키네마틱 커플링 핀의 끼워맞춤이 정상인지 아닌지를 검출하는 검출부를 더 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지는, 상기 키네마틱 커플링에 의하여 지지된 상기 캐리어에 대하여 정해지는 수평 기준면, 페이셜 기준면, 바이라테럴 기준면 중 하나 이상과 일치하는 면 또는 평행한 면을 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 캐리어 형상을 상기 스테이지의 상기 일치하는 면 또는 상기 평행한 면을 기준으로 하여 측정하는, 캐리어 형상 측정기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 측정부를 상기 캐리어에 대하여 상대적으로 이동시키는 이동부를 갖고, 상기 이동부의 이동방향은, 상기 일치하는 면 또는 상기 평행한 면에 대하여 평행 또는 수직인, 캐리어 형상 측정기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정부의 측정결과를 연산하는 연산부를 갖고, 상기 연산부는, 상기 측정부가 측정한 상기 캐리어내에 수납된 웨이퍼의 가장자리의 복수 개소의 좌표를, 미리 정해진 수식에 대입함으로써, 상기 웨이퍼의 중심 좌표를 구하는, 캐리어 형상 측정기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스테이지는, 상기 키네마틱 커플링 핀을 요동시키는 기구부를 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 캐리어와 상기 키네마틱 커플링 핀과의 끼워맞춤이 정상인지 아닌지를 검출하는 검출부와, 상기 검출부가 끼워맞춤이 정상인 것을 검출한 경우에는, 상기 기구부에 요동을 정지시키는 제어부를 갖는, 캐리어 형상 측정기,
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 키네마틱 커플링 핀은, 선단으로부터 상기 캐리어를 향하여 공기를 분출하기 위한 공기분출구와, 상기 공기분출구까지 공기를 보내는 유로를 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 캐리어와 상기 키네마틱 커플링 핀과의 끼워맞춤이 정상인지 아닌지를 검출하는 검출부와, 상기 검출부가 끼워맞춤이 정상인 것을 검출한 경우에는, 상기 유로로의 공기의 공급을 정지시키는 제어부를 갖는, 캐리어 형상 측정기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정부는, 상기 캐리어와의 3차원적 상대 위치 관계에 기초하여 상기 캐리어의 형상을 측정하는, 캐리어 형상 측정기.
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