(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【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（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
【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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