JP3647622B2 - 膜厚測定装置 - Google Patents
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Description
【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(以下、ウエハと略す)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、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、ローダによってカセットから取出されたウエハは、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、測定ヘッド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。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】
上記のような装置においては、搬送中等にカセット内でウエハが移動することがあり、カセットからのウエハの取出しの際に、ウエハがずれた状態、すなわち、ローダに対するウエハの中心位置が理論上の位置からずれた状態で取出される場合がある。しかし、このようなウエハのずれは、例えば、ウエハの適切な受渡しを阻害する一つの要因となるため、できるだけ早い段階で修正しておく方が好ましい。
【0006】
また、ウエハのプリアライメントでは、通常、専用のステージ上に保持したウエハを該ステージと一体に回転させながら、その周縁の変位をセンサで検出することにより行われるが、ウエハの上記のようなずれが大きいと、当然、ウエハ周縁の変位量も大きくなる。そのため、ウエハ周縁の変位量がセンサによる検出幅を超えるとプリアライメントが不可能になるという不都合を招くこととなる。一方、このようなウエハのずれを考慮して、比較的広い検出幅を持ったセンサを用いることも考えられるが、この場合にはプリアライメント部の大型化やコストアップを招くことになり必ずしも得策ではない。従って、プリアライメントを行う前に、上記のようなウエハのずれをある程度修正できる方が都合がよい。
【0007】
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、カセットから取出した基板をステージに受渡すのに先立って基板のずれを機械的に修正する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。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、カセットから取出した基板をステージに受渡し、所定の測定位置に位置決めして膜厚測定を行う膜厚測定装置において、上記カセットから基板を取出し、上記ステージに受渡す移送手段と、基板の上記ステージへの受渡しに先立って上記移送手段により上記カセットから取出され、さらに修正位置に搬送された基板を、チャック部材によりその周囲から挾持して上記移送手段に対する基板の位置を修正する位置修正手段とを備え、この位置修正手段は、サイズの異なる複数種類の基板に対応した基板端面への当り部を上下複数段に有し、かつ特定位置に対する進退移動および移送手段に支持された基板に対する相対的な上下動が可能に構成される複数の上記チャック部材と、各チャック部材を均等に一定距離だけ進退移動させる移動手段とを備え、上記移送手段は、予め設定された基板中心位置が上記特定位置と一致するように、上記カセットから取出した基板を上記修正位置に搬送するように構成されたものである(請求項1)。
【0009】
この装置によれば、カセットから取出された基板は、修正位置に搬送され、ここで、位置修正手段のチャック部材によりその周囲から挾持されて位置修正、すなわち移送手段に対する基板中心のずれ修正が行われた後、ステージへと受渡される。そのため、取出された基板が移送手段の理論上の位置からずれている場合には、そのようなずれが修正されてステージに受渡される。特に、チャック部材には、サイズの異なる複数種類の基板に対応した基板端面への当り部が上下複数段に設けられているので、基板をそのサイズに対応した当り部に対応させた状態で各チャック部材により基板を挾持することで、単一の機構でサイズの異なる複数種類の基板の位置修正を行うことが可能となる。
【0012】
また、請求項1に記載の装置において、上記カセットに収納されている基板の飛び出し量を検出可能な検出手段を設けるようにすれば(請求項2)、不適切な位置修正が行われるのを未然に防止することが可能となる。
【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、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。各載置ステージ1には、ウエハカセット11,12の収納口部分を挟んで光の照射部131と受光部132とを上下に備えたウエハの飛び出し検知センサ13が設けられており、ウエハカセット11,12の収納口部分から一定量以上ウエハが飛び出して、照射部131からの照射光がこのウエハによって遮断されると、このような異常なウエハの飛び出し状態が検知されて、後記モニターを介して作業者にその旨が報知されるようになっている。つまり、ウエハが一定量以上飛び出していると、後述する中心調整装置22によるウエハの位置修正が適切に行われない場合があるため、そのような事態を未然に防止すべくウエハの異常な飛び出しを検知するようになっている。
【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(移送手段)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(位置修正手段)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。なお、本実施の形態では、ハンド211の先端部分に吸引孔212が一つ設けられており、理論上は、この吸引孔212の中心でウエハ中心を吸着した状態でウエハをウエハカセット11,12に対して出し入れするようにインデクサロボット21が制御されるようになっている。
【0017】
中心調整装置22は、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11,12から取出されたウエハを上記チャック221により径方向に挾持することにより、ハンド211に対するウエハの位置を機械的に修正するように構成されている。なお、この中心調整装置22の具体的な構成については後に詳述する。
【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411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20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とが並べて設けられている。各ステージ481,482は、同図に示すように、上記保持プレート411を介在させるための切欠部分を有した略U字型に形成されており、例えば、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、供給側ステージ481の上記切欠下方に保持プレート411が配置され、供給側ステージ481と保持プレート411とが相対的に上下動されることにより行われるようになっている。一方、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は、これと逆の動作に基づいて行われるようになっている。
【0023】
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。
【0024】
図2乃至図4は、上記中心調整装置22の具体的な構成を示している。
中心調整装置22には、上述のように一対の上記チャック221が設けられ、各チャックがウエハを挾持すべくX軸方向に接離可能となっている。
【0025】
すなわち、上記中心調整装置22の基台22a上には、X軸方向に延びるレール222が固定され、各チャック221が可動部材223を介してこのレール222にスライド自在に装着されている。また、レール側方においてその中央部分には2つのプーリ224が軸支され、これら各プーリ224と、レール両端部分にそれぞれ軸支されたプーリ225とに亘って無端状のタイミングベルト227が装着されるとともに、これらタイミングベルト227に各可動部材223がそれぞれ連結されている。そして、レール端部に位置する一方側のプーリ225(図2では右側のプーリ225)の軸がモータ230の出力軸に連結されるとともに、レール中央部分に位置する各プーリ224の軸にギア228,229がそれぞれ装着され、これらギア228,229が互いに噛合されている。
【0026】
これにより、上記モータ230が正逆回転駆動されると、各タイミングベルト227が互いに反対方向に回転移動し、各チャック221が互いに離間した退避位置(同図の実線に示す位置)と、各チャック221が互いに接近した作動位置(同図の一点鎖線に示す位置)とに亘って均等にレール222に沿って移動するようになっている。すなわち、上記レール222、可動部材223、タイミングベルト227及びモータ230等により本願の移動手段が構成されている。
【0027】
上記各チャック221は、同図に示すように平面視で扇形に形成されており、その表面には、径(サイズ)の異なる複数種類のウエハに対応する円弧状の当り221a〜221d(当り部)が上下多段に、かつ径の小さいウエハに対応する当りほど下位側となるように階段状に形成されている。各当り221a〜221dの形状は、各チャック221の移動方向中心(特定位置という)にウエハ中心がある場合のウエハの輪郭とされており、従って、上記特定位置に対してウエハ中心がずれている場合には、各チャック221によりウエハが挾持されることによって、ウエハ中心が特定位置と一致するようにハンド211上での位置が修正されることとなる。
【0028】
なお、一方側の可動部材223(図2では左側の可動部材223)の可動範囲内であってレール222の側方部分には、一方側の可動部材223に取付けられた検出片234を検出するためのセンサ231,232がX軸方向に所定の間隔で配設されており、これらセンサ231,232による検出片234の検出により、各チャック221が上記退避位置、あるいは作動位置にあることが検知されるようになっている。
【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5のタイミングチャートに基づいて説明する。
【0030】
上記膜厚測定装置では、例えば、図外の搬送手段によって上記ウエハカセット11,12が載置ステージ1上に搬入され、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からウエハが取出される。但し、上記飛び出し検知センサ13によりウエハが検出された場合、つまり、搬入されたウエハカセット11,12内のいずれかのウエハが一定量以上飛び出している場合には、ウエハの取出しは行われず上記モニターにその旨が表示され、例えば、作業者によってウエハカセット11,12が載置し直される等してウエハの飛び出しがなくなると、ウエハの取出しが行われる。
【0031】
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から取出されたウエハ(一枚目のウエハ)は、まず、図5の実線に示すように、中心調整装置22によりセンタリングされる。
【0032】
このセンタリング動作では、まず、中心調整装置22の各チャック221が上記退避位置にセットされた状態で、上記特定位置に吸引孔212の中心が一致するようにインデクサロボット21のハンド211が作動され、これにより各チャック221の間にウエハが配置される(図2に示す状態)。この際、ウエハと、該ウエハに対応するチャック221の当り221a〜221d(当り部)とが一致するようにインデクサロボット21の上下方向の位置が調整される。
【0033】
そして、上記チャック221が作動位置へと移動することにより、ウエハ中心が上記特定位置と一致するようにウエハの位置が修正され、その結果、吸引孔212の中心にウエハ中心が一致するようにハンド211上でのウエハの位置が修正されることとなる。なお、チャック221は、作動位置への移動後、直ちに退避位置にリセットされる。
【0034】
このようなウエハのセンタリング動作においては、例えば、チャック221が上記作動位置に達するまでの所定のタイミングで上記ハンド211への負圧の供給が遮断され、作動位置への到達後、直ちに負圧の供給が再開される。こうすることで、センタリング動作時のハンド211に対するウエハの抵抗が低減されチャック221によるセンタリングがスムーズに行われることとなる。
【0035】
こうしてセンタリングが行われたウエハは、次いでインデクサロボット21から供給側ステージ481へと受渡され、さらに該供給側ステージ481から六軸テーブル41の保持プレート411に受渡される。そして、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。
【0036】
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5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。
【0037】
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11又は12に収納される。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。
【0038】
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が排出側ステージ482側へと移動され、待機中のウエハが排出側ステージ482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から取出される。
【0039】
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。
【0040】
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に中心調整装置22を設け、ウエハカセット11又は12から取出したウエハのずれ(すなわちハンド211に対するウエハのずれ)を修正して測定部3へと受渡すようにしているので、このようなウエハのずれに起因した例えばウエハの脱落等を有効に防止して、ウエハの受渡しを適切に行うことができる。
【0041】
しかも、ずれを修正して測定部3へとウエハを受渡すことで、プリアライメントの際のウエハ回転に伴うウエハ周縁の変位量を小さくすることができるので、検出幅の比較的狭いプリアライメント用センサ47を用いてプリアライメントを行うことが可能である。従って、プリアライメント用センサ47の大型化に起因した装置の大型化やコストアップを抑えながらプリアライメントを適切に行うことができるという利点もある。
【0042】
また、上記装置では、飛び出し検知センサ13によりウエハカセット11,12からのウエハの飛び出しを検知し、一定量以上ウエハが飛び出している場合には、ハンド211によるウエハの取出しを行わないようにしているので、上記中心調整装置22によるウエハのずれ修正をより適切に行うことができるという利点もある。すなわち、ウエハカセット11,12からウエハが一定量以上飛び出している状態のままで該ウエハが取出されると、例えば、図2において、ウエハの中心が吸引孔212中心からY軸方向に大きくずれた状態となり、例えば、各チャック221による挾持の際に、ウエハに適切な力が作用せず、その結果、適切な位置修正が行われない虞れがある。しかし、上記のように飛び出し検知センサ13によりウエハの異常な飛び出しを検知することで、そのような事態の発生を未然に防止することができ、ウエハのずれを適切に修正することができる。
【0043】
なお、上記実施の形態の中心調整装置22では、モータ駆動によりタイミングベルト227を回転移動させ、このタイミングベルト227にチャック221を取り付けることによって各チャック221を移動させるようにしているが、例えば、エアシリンダによって各チャック221を進退させたり、あるいはボールねじ機構を採用して各チャック221を進退させるようにしてもよい。
【0044】
また、上記中心調整装置22では、上記作動位置と退避位置との二位置間でチャック221を変位させるため、径の異なる複数種類のウエハに対応した当り221a〜221dを上下多段に形成したチャック221を用いることで、径の異なる複数種類のウエハのセンタリングを可能としているが、例えば、モータ230としてステッピングモータを用いてチャック221の位置を多段階に変位させるようにすれば、単一の当りで径の異なる複数種類のウエハのセンタリングを行うことが可能となるので、そのような構成を採用するようにしてもよい。この場合には、上記チャック221として、例えば平面視でV字型等、ウエハ周縁部に部分的に当接可能な当りを備えたチャックを適用するようにすればよい。
【0045】
また、上記中心調整装置22のチャック221では、階段状の当り221a〜221dを設けるようにしているが、例えば、平板状に形成したチャック表面に、各種ウエハの当りとして高さの異なるピン部材等を立設するようにしても構わない。つまり、チャック221や当り221a〜221dの具体的な形状等は、各チャック221によりウエハを挾持して適切にセンタリングを行えるように適宜選定するようにすればよい。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、カセットから取出した基板をステージに受渡して膜厚測定を行う膜厚測定装置において、移送手段によりカセットから取出された基板を修正位置に搬送し、ここで、位置修正手段のチャック部材によりその周囲から挾持して移送手段に対する基板の位置を機械的に修正した後、該基板をステージに受渡すようにしたので、基板の脱落等を確実に回避して基板の受渡しを適切に行うことができる。また、プリアライメント部の大型化やコストアップを招くことなく、適切に基板のプリアライメントを行うことができる。特に、チャック部材には、サイズの異なる複数種類の基板に対応した基板端面への当り部が上下複数段に設けられているので、基板をそのサイズに対応した当り部に対応させた状態で各チャック部材により基板を挾持することで、単一の機構でサイズの異なる複数種類の基板の位置修正を行うことができる。
【0049】
なお、上記カセットに収納されている基板の飛び出し量を検出可能な検出手段を設けるようにすれば、基板の位置修正を適切に行うことができない状態を事前に検知して、不適切な位置修正を未然に防止することができる。
【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】インデクサ部の構成を示す平面略図である。
【図3】チャックを移動させるための機構を示す図2におけるA−A断面図である。
【図4】チャックの構成を示す図2のB−B断面図である。
【図5】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
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(移送手段)
22 中心調整装置(位置決め手段)
221 チャック
222 レール
223 可動部材
224,225 プーリ
227 タイミングベルト
228,229 ギア
230 モータ
3 測定部
4 測定ステージ
5 測定ヘッド
41 六軸テーブル
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
Claims (2)
- カセットから取出した基板をステージに受渡し、所定の測定位置に位置決めして膜厚測定を行う膜厚測定装置において、
上記カセットから基板を取出し、上記ステージに受渡す移送手段と、基板の上記ステージへの受渡しに先立って上記移送手段により上記カセットから取出され、さらに修正位置に搬送された基板を、チャック部材によりその周囲から挾持して上記移送手段に対する基板の位置を修正する位置修正手段とを備え、この位置修正手段は、サイズの異なる複数種類の基板に対応した基板端面への当り部を上下複数段に有し、かつ特定位置に対する進退移動および移送手段に支持された基板に対する相対的な上下動が可能に構成される複数の上記チャック部材と、各チャック部材を均等に一定距離だけ進退移動させる移動手段とを備え、上記移送手段は、予め設定された基板中心位置が上記特定位置と一致するように、上記カセットから取出した基板を上記修正位置に搬送するように構成されていることを特徴とする膜厚測定装置。 - 上記カセットに収納されている基板の飛び出し量を検出可能な検出手段を備えていることを特徴とする請求項1に記載の膜厚測定装置。
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