(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定基板を保持する移動可能な測定プレート、およびこのプレートにより保持され、かつ所定の測定位置に位置決めされた基板の表面に形成されている薄膜の膜厚を測定する測定ヘッドを備えた測定部と、この測定部と載置ステージに載置されるカセットとの間で基板を移載する移載手段とを備える膜厚測定装置であって、
上記測定部に基板を一時的に待機させる待機プレートとこの待機プレートを前記測定プレートに対して相対的に昇降させる昇降手段とが設けられ、前記測定プレートが上記待機プレートの下方に配置された状態で当該待機プレートが昇降駆動されることにより待機プレートと測定プレートとの間で直接基板の受け渡しが行われるように構成され、
さらに、待機プレートに基板の輪郭に合致する側壁部を具備した基板の支持部が設けられ、当該支持部に載置される基板を前記側壁部により位置決めするように当該待機プレートが構成されていることを特徴とする膜厚測定装置。
【請求項２】
前記待機プレートは、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ことを特徴とする請求項１記載の膜厚測定装置。
【請求項３】
前記待機プレートは、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。
【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、被測定基板を保持する移動可能な測定プレート、およびこのプレートにより保持され、かつ所定の測定位置に位置決めされた基板の表面に形成されている薄膜の膜厚を測定する測定ヘッドを備えた測定部と、この測定部と載置ステージに載置されるカセットとの間で基板を移載する移載手段とを備える膜厚測定装置であって、上記測定部に基板を一時的に待機させる待機プレートとこの待機プレートを前記測定プレートに対して相対的に昇降させる昇降手段とが設けられ、前記測定プレートが上記待機プレートの下方に配置された状態で当該待機プレートが昇降駆動されることにより待機プレートと測定プレートとの間で直接基板の受け渡しが行われるように構成され、さらに、待機プレートに基板の輪郭に合致する側壁部を具備した基板の支持部が設けられ、当該支持部に載置される基板を前記側壁部により位置決めするように当該待機プレートが構成されているものである（請求項１）。
【０００８】
このような装置によれば、膜厚測定の最中に、測定前の基板の測定部への搬入、あるいは測定後の基板の搬出を行うことができる。
【０００９】
つまり、測定部の待機プレート上に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ようにすれば（請求項２）、待機プレート上に一枚目の基板を搬入し、この基板を測定プレート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、二枚目の基板を待機プレート上に搬入しておき、一枚目の基板の測定終了後、測定プレート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測定プレート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。
【００１０】
また、測定部の待機プレートに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ようにすれば（請求項３）、測定前の基板を測定プレート上に搬入し、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プレート上に搬送、待機させ、二枚目の基板を測定プレート上に搬入した後、二枚目の基板の測定中に、待機中の一枚目の基板を搬出するという動作を行わせることができる。
【００１１】
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。
【００１２】
しかも、待機プレートは、基板の輪郭に合致する側壁部を具備した基板の支持部を有し、載置される基板を前記側壁部によって位置決めするように構成されているため、待機プレートと測定プレート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。
【００１４】
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。
【００１５】
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３００mmの２種類のウエハが測定対象となる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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１１，１２から取り出されたウエハを、上記チャック２２１により径方向に挾持することによりウエハ位置を機械的に修正するように構成されている。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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（測定プレート）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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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（待機プレート）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。
【００２５】
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４８５の両側（図２では上下両側）に形成された肉厚部４８６でウエハを支持するようになっている。両肉厚部４８６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。
【００２６】
支持プレート４８３の一方側の肉厚部４８６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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、モータ４９４の出力軸には半月板４９７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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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４８３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２１１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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【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。
【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４８１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。
【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。
【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。
【００４１】
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４８１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。
【００４２】
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４８１，４８２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１１，１２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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
【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、基板を保持する移動可能な測定プレート、およびこのプレートにより保持され、かつ所定の測定位置に位置決めされた基板の表面に形成されている薄膜の膜厚を測定する測定ヘッドを備えた測定部に、基板を一時的に待機させる待機プレートとこの待機プレートを前記測定プレートに対して相対的に昇降させる昇降手段とを設け、前記測定プレートを上記待機プレートの下方に移動させた状態で前記待機プレートを昇降駆動することにより該待機プレートと測定プレートとの間で直接基板を受け渡すように構成し、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。
【００４６】
しかも、測定部の上記待機プレートは、基板の輪郭に合致する側壁部を具備した基板の支持部を有し、この支持部に載置される基板を前記側壁部によって位置決めするように構成されているので、上記待機プレート上の一定の位置に基板を保持することができ、待機プレートと測定プレート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
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
４１１  保持プレート（測定プレート）
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
４８１  供給側ステージ
４８２  排出側ステージ
４８３  支持プレート（待機プレート）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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