JP6449889B2 - 半導体ウェハの質量に関する情報を判定するための方法および装置 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、たとえば、半導体ウェハの質量または半導体ウェハの質量の変化など、半導体ウェハの質量に関する情報を判定する方法に関する。

本発明はさらに、半導体ウェハの質量に関する情報を判定するための計量装置に関する。

発明の背景
マイクロ電子デバイスは、たとえば蒸着技術（ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤなど）および除去技術（たとえば化学エッチング、ＣＭＰなど）を含むさまざまな技術を用いて半導体（たとえばシリコン）ウェハ上に作製される。半導体ウェハは、たとえばクリーニング、イオン注入、リソグラフィ等によって、その質量を変化させるような方法でさらに処理され得る。

製造されるデバイスに依存するが、各半導体ウェハは、デバイスの最終的な動作に必要な層および材料を、堆積する、および／または除去するために、何百もの異なる処理ステップに順次通され得る。実際、各半導体ウェハは、製造ラインを進む。半導体製造の本質は、製造フロー中のある処理ステップ、またはステップのシーケンスが、同じような、あるいは同一の方式で繰返されることがあるということを意味する。たとえば、このことは、能動回路の異なる部分を相互接続するために、金属導体の同じような層を堆積することであり得る。

異なる工場で用いられる半導体設備の一貫性および相互運用性を確保するため、半導体製造業界の大多数にわたって標準が採用される。たとえば、国際半導体製造装置材料協会（ＳＥＭＩ）によって作り出された標準は、高度な市場への浸透力を有する。標準化の１つの例は、半導体（シリコン）ウェハのサイズおよび形状である。典型的には、大量生産用では、ウェハは３００ｍｍの直径を有する円板である。しかしながら、一部の（典型的にはより古い工場で用いられる）半導体（シリコン）ウェハは、２００ｍｍの直径を有する円板である。

完成されたシリコンウェハを製造するために要求される処理ステップのコストおよび複雑さは、その動作が適切に評価され得る製造ラインの終わりに到達するのに要する時間をともなうが、性能への信頼と最終ウェハの歩留まりとが確保され得るように、製造ラインでの設備の動作と、製造の間処理されるウェハの品質とをモニタすることへの要望をもたらしている。

ウェハ処理技術は、典型的には、半導体ウェハの表面における質量の変化、あるいは、その表面上の質量の変化をもたらす。表面への変化の構造は、デバイスの機能にとって不可欠であることが多く、したがって、ウェハが正しい構成を有しているかどうかを判定するためにウェハを、製造の間評価することが、品質制御の目的において望ましい。

専用の計測ツールが、製造フロー内で使用されることができ、対象の関連する処理の後直ちに、および、大抵はそれに続く任意の処理の前、すなわち処理ステップの間にモニタリングが実行される。

処理ステップでのウェハのいずれかの側における質量の変化を測定することは、製造ウェハ計測を実行するための魅力的な方法である。それは比較的低コスト、高速であるとともに、異なるウェハ回路パターンを自動的に適用させることができる。加えて、しばしば代替的技術よりも、より高い精度を有する結果をもたらすことができる。たとえば、多くの典型的な材料において、材料層の厚みは、原子のスケールまで低減され得る。問題となるウェハは、対象の処理ステップの前後で計量される。質量の変化は、製造設備の性能および／またはウェハの所望の特性と関係する。

半導体ウェハに対して実施される処理ステップは、半導体ウェハの質量に極めて小さい変化を引き起こす可能性があり、これらの変化は、高い精度／感度で測定されることが望ましいと考えられる。たとえば、半導体ウェハの表面から少量の材料を除去すると、半導体ウェハの質量が数ミリグラム減少する場合があり、この変化を±１００μｇオーダ以上の精度で測定することが望ましいと考えられる。半導体ウェハの質量または質量変化を測定することに依拠する従来の半導体ウェハの計測方法および装置は、一般的に、正常な動作条件下で±１００μｇオーダの精度しか有さない。この精度は、質量変化の極めて高い感度の測定、または、たとえばイオン注入による質量変化など極めて小さい質量変化の測定のためには不十分であると考えられる。さらに、より小型かつ軽量の半導体ウェハが市販されるにつれ、半導体ウェハの処理によって引起される質量変化が減少し、処理をモニタするおよび／またはその後の半導体ウェハを確認するために、従来の方法および装置により達成され得る以上に高い精度の測定が必要となるであろう。

したがって、半導体ウェハの質量または質量変化をより高い精度で測定するという課題が存在する。

発明の概要
本発明は、半導体ウェハの質量または質量変化を判定し得る精度を増大させるという課題に対処することを目的とする。

最も一般的には、本発明は、半導体ウェハの重量と別の所定の重量との差のみを測定することによって、半導体ウェハの質量に関する情報を判定することに関する。これは、半導体ウェハの全（すなわち絶対）重量を直接測定する従来の天秤とは対照的である。半導体ウェハの重量と所定の重量との差は、半導体ウェハの全重量より小さいため、より高い精度および／または解像度で測定され得る。

本発明の第１の局面に従うと、半導体ウェハの質量に関する情報を判定する方法が提供され、該方法は、計量装置の測定領域上に半導体ウェハをロードするステップを含み、計量装置は、測定領域上にロードされた所定の重量を補正するように配置された重量補正手段を有し、該方法はさらに、半導体ウェハの重量と所定の重量との差を示す測定出力を生成するステップと、測定出力を用いて、半導体ウェハの質量に関する情報を判定するステップとを含む。

言い換えれば、補正手段は、測定領域上にロードされた所定の重量以下の任意の重量を完全に補正し、測定領域上にロードされた所定の重量より大きい任意の重量を部分的に補正する（すなわち、所定の重量まで重量の一部を補正する）ように配置されていてもよい。

測定領域上にロードされた重量を補正することは、たとえば、その重量が測定出力に影響を及ぼさないように、その重量を支持する、打消す、釣り合わせる、または中和することを意味し得る。

本発明の方法によれば、生成される測定出力は、半導体ウェハの重量と所定の重量との差を示す。たとえば、生成される測定出力は、半導体ウェハの重量が所定の重量を上回る分の量、または、所定の重量が半導体ウェハの重量を上回る分の量を示してもよい。半導体ウェハの重量と所定の重量との差は、（従来の天秤によって測定される）半導体ウェハの全重量より小さい値であるため、より高い精度／精密さで測定され得る。たとえば、本発明の実施形態においては、半導体ウェハの質量または質量変化を±１０μｇオーダ以下の精度、または±１μｇオーダの精度まで測定可能であり得る。これは、半導体ウェハの質量または質量変化を判定するための従来の方法の精度（±１００μｇオーダであり得る）に対して１０倍または１００倍の精度の増加を表わす。

一定の相対的測定誤差（たとえば、５％の相対的測定誤差）について、測定誤差の絶対値は、より小さい値を測定する場合（たとえば、半導体ウェハの重量と所定の重量との差）に比べて、より大きい値を測定する場合（たとえば、半導体ウェハの全重量）の方が大きい。したがって、絶対測定誤差は、本発明においてより小さくなり得る。

本発明の方法においては、より小さい範囲の測定出力を有する計量装置が使用され得る。なぜなら、測定出力の範囲は、好適な範囲の半導体ウェハの重量と所定の重量との生じ得る差をカバーすればよいだけであるためである。反対に、従来の天秤の場合、測定出力の範囲は、０の最小値から、天秤が使用される半導体ウェハの最大可能重量以上の好適な最大値にまで及ぶ。本発明の方法の場合のように、測定出力が、たとえば、一定数の量子化レベルを有するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いて生成される場合、解像度は大幅に大きくなり、より小さい範囲の測定出力を有するＡ／Ｄ変換器を用いる場合には、量子化誤差は大幅に小さくなる。

したがって、本発明の方法によれば、半導体ウェハの質量に関する情報が、従来の天秤によって可能であるより大きい精度／精密さで判定され得る。

本発明の第１の局面に係る方法は、以下の任意の特徴のいずれか１つ、または、適合可能な範囲で、以下の任意の特徴の任意の組合せを有し得る。

重量補正手段は、半導体ウェハの重量の一部を補正するように配置され得、測定出力は、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示し得る。言い換えれば、所定の重量は、半導体ウェハの重量未満であってもよく、このため、補正手段は、半導体ウェハの重量の一部のみを補正する。（上記のように）半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量は、半導体ウェハの全重量より小さい値であるため、より高い精度で測定され得る。

計量装置は、予荷重を加えられた計量装置を含み得、測定出力は、半導体ウェハの重量力と予荷重力との差を示し得る。したがって、重量補正手段は、測定領域上にロードされた所定の重量を補正することの可能な（たとえば、支持することの可能な）予荷重力で計量装置に予荷重を加えることを含み得る。予荷重力は、半導体ウェハの重量力の一部を補正し得る。言い換えれば、予荷重力は、半導体ウェハの重量のいくらかを有効に打消すまたは補正してもよく、このため、測定出力は、半導体ウェハの重量力が予荷重力を超える分の量にのみ関する。これは、測定出力が半導体ウェハの全重量力に関する従来の天秤とは対照的である。本発明のいくつかの実施形態では、計量装置は、半導体ウェハの重量力と予荷重力との差を補正する（または釣り合わさせる）のに必要な電磁力補正の量の測定に基づいて、測定出力を生成してもよい。本発明の方法においては、（半導体ウェハの重量力の全体が電磁力補正によって補正された場合に必要とされ得るよりも）小さい電磁力が必要とされ得るため、本発明においては、より低電力ひいてはよりエネルギー効率のよい（熱損失の低下のため）、電磁力補正構成が使用され得る。電磁力補正構成（たとえば、電磁コイル）はさらに、従来の天秤において必要とされ得るよりも小型かつ軽量となり得る。

測定出力を用いて、半導体ウェハの質量を判定してもよい。言い換えれば、方法は、半導体ウェハの質量を判定する方法であってもよい。半導体ウェハの質量（すなわち、全質量または絶対質量）を判定することは、半導体ウェハの製造または処理、半導体ウェハの識別などの品質制御（またはモニタリング）などの多くのさまざまな目的のために有用となり得る。

方法は、計量装置の測定領域上に基準質量をロードするステップと、基準質量の重量と所定の重量との差を示す測定出力を生成するステップとをさらに含み得る。したがって、方法は、半導体ウェハについての第１の測定出力および基準質量についての第２の測定出力を生成することを伴い得る。本来、基準質量は、任意の質量であってよい。基準質量についての測定出力は、半導体ウェハの質量に関する情報を判定するために、半導体ウェハについての測定出力が比較され得るベースラインまたは基準結果を表わし得る。基準質量の質量は、高精度に知られていてもよい。しかしながら、たとえば、半導体ウェハの絶対質量でなく、半導体ウェハの質量変化のみが判定されるべき場合などには、基準質量の質量が知られていることは必須ではない。

方法は、基準質量の既知の（たとえば測定された）質量と、半導体ウェハおよび基準質量についての測定出力とを用いて、半導体ウェハの質量を判定するステップを含み得る。半導体ウェハの質量を判定することは、まず、半導体ウェハおよび基準質量についての測定出力に基づいて、半導体ウェハと基準質量との質量差を判定することを含み得る。次に、半導体ウェハの質量は、判定された質量差および基準質量の既知（たとえば、測定されたまたは所定の）の質量に基づいて判定されてもよい。

方法は、たとえば、異なる時間における基準質量についての異なる測定出力を生成することによって、基準質量についての測定出力の経時的な進化をモニタするステップを含み得る。基準質量についての測定出力は、装置における空気の温度の変化（ひいては、空気密度および空気浮力の変化）のため、または、装置自体の温度の変化（たとえば、装置の一部の熱膨張または増幅器などの装置の電子部品の熱ドリフト）のため、または、装置の空気圧または振動の変化などの他のパラメータまたは変数の変化のために、経時的に変動し得る。したがって、基準質量および半導体ウェハについての測定出力が同時に生成され得ることにより、測定間のパラメータまたは変数のいずれにも変化がないことが理想的である。しかしながら、これは単一の計量装置では可能となり得ない。したがって、実際には、基準質量についての測定出力は、半導体ウェハについての測定出力と異なる時間に生成される。測定時間が時間的に互いに近い場合、パラメータまたは変数の如何なる変化も無視できる程度であり得る。時間のより大きな差がある場合（たとえば、１分のオーダ、または何十分ものオーダの時間差）、パラメータまたは変数の変化はより大きくなり得る。基準質量についての測定出力の経時的な進化をモニタすることによって、基準質量についての測定出力が半導体ウェハについての測定出力と同時に生成されていたら、基準質量についての測定出力が何であり得たのかを計算または推定することが可能となり得る。代替的にまたは追加的に、方法は、半導体ウェハについての測定出力の経時的な進化をモニタするステップを含み得る。

方法は、時間ｔ＝ｔ_Wにおいて半導体ウェハに対して測定を行なうステップと、ｔ＝ｔ_W以外の１つ以上の時間において基準質量に対する１つ以上の測定を行なうステップと、ｔ＝ｔ_W以外の１つ以上の時間における基準質量に対する１つ以上の測定に基づいて、時間ｔ＝ｔ_Wにおける基準質量に対する測定の推定値を計算するステップとを含み得る。したがって、時間ｔ＝ｔ_Wにおいて基準質量について生成されたであろう測定出力が、時間ｔ＝ｔ_W以外の１つ以上の時間において基準質量について生成された１つ以上の測定出力から外挿することによって、または該１つ以上の測定出力間を補間することによって、計算または推定され得る。好ましくは、複数の測定が基準質量に対して行なわれ、好ましくは、少なくとも１つの測定がｔ＝ｔ_W前であり、少なくとも１つの測定がｔ＝ｔ_W後である。

方法は、測定出力および半導体ウェハの重量の既知の補正される部分（すなわち、重量補正手段によって与えられる重量補正の既知の量または程度）に基づいて、半導体ウェハの質量を判定することを含み得る。言い換えれば、半導体ウェハの全（すなわち、絶対）質量は、まず、半導体ウェハの重量と所定の重量との差（たとえば、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の既知の補正される部分を上回る分の量）を判定し、次に、この差を既知の所定の重量に加えることによって判定されてもよい。

計量装置は、基準質量によって予荷重が加えられ得る。本来、基準質量は、任意の質量であってもよい。基準質量は、既知の（すなわち、測定されたまたは所定の）質量を有していてもよいが、これは必須ではない。

方法は、測定出力および基準質量の既知の質量に基づいて、半導体ウェハの質量を判定するステップを含み得る。たとえば、方法は、まず、半導体ウェハについての測定出力に基づいて半導体ウェハと基準質量との質量差を判定することを含み得る。その後、半導体ウェハの全質量が、この質量差を基準質量の既知の（すなわち、測定されたまたは所定の）質量に加えることによって判定されてもよい。

方法は、半導体ウェハが処理された後に半導体ウェハに対する測定を実施するステップを含み、測定出力を用いて、処理によって引起された半導体ウェハの質量の変化を判定する。処理によって引起された半導体ウェハの質量変化を判定することにより、たとえばウェハ処理製造ラインにおけるウェハ処理のモニタリングが容易になり得るまたは可能になり得る。たとえば、処理後の半導体ウェハの質量変化を判定することにより、処理が正確に実施されたかどうか、および／または、半導体ウェハが処理後に所望の特性および／または構造を有しているかどうかについての判定が可能となり得る。

方法は、半導体ウェハが処理される前に半導体ウェハに対する測定を実施するステップをさらに含み得、測定前後の測定出力を用いて、処理によって引起された半導体ウェハの質量の変化を判定し得る。したがって、処理によって引起された半導体ウェハの質量変化は、処理前後に半導体ウェハについて生成される測定出力を比較することによって判定され得る。測定は、処理前後に基準質量に対しても行なわれ得る。

計量装置は、天秤を含み得、天秤は、天秤に予荷重を加えるように配置された釣り合い重りを有する。言い換えれば、天秤は、支点または屈曲点の半導体ウェハの重量が加えられる側と反対側に重量を有していてもよい。したがって、釣り合い重りの重量は、測定領域上にロードされた所定の重量を釣り合わさせるまたは補正する（たとえば、半導体ウェハの重量の一部を釣り合わさせる）ように作用してもよい。

重量補正手段は、半導体ウェハの重量の少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％を補正し得る。したがって、方法は、半導体ウェハの重量の最大２０％、または最大１０％、または最大５％を示す測定出力を生成することを含み得る。したがって、測定出力は、半導体ウェハの小さい範囲の重量に関連し得る（すなわち、半導体ウェハの小さい範囲の重量に対応または比例し得る）。たとえば、測定出力は、半導体ウェハの重量の３０％、または２０％、または１０％または１０％未満に対応し得る。このため、測定出力は、測定出力がより大きいサイズを有する計量範囲、たとえば、０からＷ_MAXの計量範囲（Ｗ_MAXは、半導体ウェハの重量より大きい）に関連する場合に可能なよりも正確であり得る、および／または高い解像度を有し得る。

半導体ウェハは、ある重量範囲内の重量を有する複数の半導体ウェハの１つであり得、計量装置の計量範囲は、重量範囲に基づいて設定され得る。たとえば、半導体ウェハが、１つ以上のウェハ処理ステップを含む製造ラインに沿って通過する複数の半導体ウェハの１つである場合、計量装置の計量範囲は、製造ラインに沿って通過した半導体ウェハの予想される範囲の重量に基づいて設定されてもよい。たとえば、最も正確な測定を得るために、計量装置の計量範囲は、製造ラインに沿って通過した半導体ウェハの予想される範囲の重量と同じになるように設定され得る。上記のように、計量装置の計量範囲は、たとえば、有意義な測定出力を生成するために、計量装置が使用され得る半導体ウェハの範囲であってもよい。

基準質量の密度は、半導体ウェハの半導体基板の密度の±２０％内、または±１０％内、または±５％内であり得る。基準質量の密度は、半導体ウェハの密度と同じであることが理想的である。この場合、基準質量および半導体ウェハは、同じ空気浮力を受け得るため、空気浮力の差によって通常引起される誤差が回避され得る。本発明の方法によって達成され得る高レベルの測定精度では、空気浮力の差によって引起される誤差は、限定的な誤差となり得る。このような誤差に対処するための選択肢の１つとして、より精密な、ひいてはより高価な測定装置を用いて、空気浮力を計算しようとするために、温度、圧力などを測定することにより、空気浮力の差を補正することがある。しかしながら、基準質量および半導体ウェハに同じまたは同様の密度を有させることによって、空気浮力の差によって引起される誤差の大きさは、従来のより安価なセンサの精度および解像度でも十分となり得るような程度まで、または、大気浮力効果を測定するもしくは補正しようとすることの不要な程度にまで減少され得る。

基準質量は、半導体ウェハの半導体基板と同じ材料からなり得る。たとえば、半導体ウェハがシリコン基板を有する場合、基準質量はシリコンからなり得る。したがって、基準質量は、半導体ウェハと同じまたは同様の性質を有し得、空気密度、温度などの変化によって同様に影響され得る。

実際に、基準質量は、半導体ウェハであり得る。たとえば、基準質量は、半導体ウェハが測定されているのと同じバッチ、製造ランなどからの半導体ウェハであり得る。基準質量は、測定されている半導体ウェハと同じまたは同様の構成および構造を有し得る。たとえば、同様に処理されたものであってもよい。

基準質量は、第１の密度を有する第１の材料と第２の密度を有する第２の材料とを含み得、基準質量の合計密度は、半導体ウェハの半導体基板の密度に基づいて選択され得る。代替的には、基準質量の密度は、異なる密度、たとえば、半導体ウェハの複合密度に基づいて選択され得る。たとえば、基準質量は、所望の密度の密度（たとえば、半導体基板の密度）未満の第１の密度を有する第１の量の第１の材料と、所望の密度より大きい第２の密度を有する第２の量の第２の材料とを含み得、第１および第２の量ならびに第１および第２の密度は、基準質量が所望の密度と同じ複合／全体密度を有するように選択される。したがって、基準質量は、半導体材料からなることなく、その半導体材料と同じ全体密度を有し得る。これにより、基準質量のコストが減少され得る。

大気によって半導体ウェハに作用する浮力に対して補正がなされ得る。浮力効果を補正すると、測定の精度がより一層増加され得る。

大気によって計量装置の一部に作用する浮力に対して補正がなされ得る。計量装置の異なる部分（すなわち、基準質量以外、たとえば天秤アームの部分など）に作用する浮力の変化は、測定の精度にさらに影響を及ぼし得る。したがって、測定の精度は、浮力または浮力の変化を補正することによって増加され得る。たとえば、補正は、基準質量に対する測定と半導体ウェハに対する測定との間に生じる計量装置の一部に作用する浮力の変化についてなされ得る。

方法は、２つの既知の質量についての測定出力に基づいて、計量装置を較正するステップを含み得る。従来の天秤では、測定出力の較正は、既知の質量についての単一の測定出力および０値に基づいて実施され得る。本発明の方法においては、計量範囲は、０を含まないため、計量装置の測定出力を較正するために、既知の（すなわち、測定されたまたは所定の）質量の２つの異なる質量についての測定出力を生成する必要があり得る。当然ながら、計量装置は、２つを超える既知の質量についての測定出力に基づいて較正されてもよい。好ましくは、２つの質量間の重量には、相対的に大きな（計量範囲の大きさに相対的な）差が存在する。たとえば、一方の質量は、計量装置の計量範囲の下限値に近い（しかし下限値を超える）重量を有し得、他方の質量は、計量範囲の上限値に近い（しかし上限値未満の）重量を有し得る。上記のように、計量範囲の下限値は、重量補正手段が、たとえば測定出力が０重量に対応する重量を完全に補正することの可能な最大重量であり得る。計量範囲の上限値は、計量装置の限界値、すなわち、計量装置の最大可能測定出力に対応する重量であり得る。

本発明の方法において使用される計量装置は、０重量より大きい下限値を有する計量範囲、たとえば、０重量をカバーしない計量範囲を有すると見なされ得る。計量装置の計量範囲は、計量装置が使用され得る入力される／加えられる重力の範囲（すなわち、計量装置の測定領域上にロードされる重量）、たとえば、計量装置が有意義な測定出力を生成する、入力される／加えられる重量の範囲であり得る。たとえば、計量装置が１２０ｇと１５０ｇとの間の重量を有する半導体ウェハについての有意義な測定出力しか出力しない場合、計量装置は、１２０ｇから１５０ｇの計量範囲および１２０ｇの計量範囲の下限値を有すると言える。計量範囲の下限値は、重量補正手段が完全に補正することのできる最大重量であり得る。計量範囲の上限値は、計量装置の最大可能測定出力に対応する重量であり得る。

従来の天秤の場合、計量範囲は、０重量の下限値から所定の最大重量限界値、Ｗ_MAXに及ぶ。反対に、本発明の方法において使用される計量装置の計量範囲は、非ゼロの下限値Ｗ_MINから上限値Ｗ_MAXとなり得る。したがって、本発明の方法によれば、計量装置の計量範囲は、従来の天秤の計量範囲と比較して制限（より小さい）され得る。

事実、本発明の異なる例では、半導体ウェハの質量に関する情報を判定する方法であって、０より大きい下限値を有する計量範囲を有する計量装置の測定領域上に半導体ウェハをロードするステップと、半導体ウェハの重量が計量範囲の下限値を上回る分の量を示す測定出力を生成するステップと、測定出力を用いて、半導体ウェハの質量に関する情報を判定するステップとを含む方法が存在し得る。

本発明の第２の局面に従うと、半導体ウェハの質量に関する情報を判定するための計量装置が提供され、該計量装置は、半導体ウェハをその上にロードするための支持部と、支持部上にロードされた所定の重量を補正するように配置された重量補正手段と、半導体ウェハの重量と所定の重量との差を示す測定出力を生成するように配置された測定手段と、基準質量と、基準質量を支持部に対してロードおよびアンロードするための手段とを含む。

本発明の計量装置によれば、測定装置は、半導体ウェハの重量と所定の重量との差を示す測定出力を生成する。たとえば、測定出力は、（従来の天秤のように）半導体ウェハの全重量でなく、半導体ウェハの重量が所定の重量を上回る分の量、または、所定の重量が半導体ウェハの重量を上回る分の量に関し得る。上記のように、半導体ウェハの重量と所定の重量との差は、半導体ウェハの全重量より小さい値であるため、より高い精度／精密さで測定され得る。したがって、本発明の計量装置によれば、半導体ウェハの質量に関する情報が、従来の天秤により可能なよりも大きい精度／精密さで判定され得る。

本発明の計量装置は、基準質量と、基準質量についての測定出力を生成するために、支持部に対して基準質量をロードおよびアンロードするための手段とを有する。したがって、計量装置は、半導体ウェハについての第１の測定出力および基準質量についての第２の測定出力を生成するために使用可能である。上記のように、半導体ウェハの質量に関する情報は、半導体ウェハおよび基準質量についての測定出力に基づいて判定され得る。

本発明の第２の局面に係る計量装置は、以下の任意の特徴のいずれか１つ、または、それらが適合可能である範囲で、以下の任意の特徴の任意の組合せを有し得る。

重量補正手段は、半導体ウェハの重量の一部を補正するように配置され得、測定手段は、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力を生成するように配置され得る。言い換えれば、所定の重量は、半導体ウェハの重量未満であり得るため、重量補正手段は、半導体ウェハの重量の一部を補正するように配置される。

計量装置は、測定装置に予荷重力を加えるための予荷重手段を含み得、測定装置は、半導体ウェハの重量と予荷重力との差を示す測定出力を生成するように配置され得る。たとえば、予荷重力が半導体ウェハの重量未満である場合、測定出力は、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示し得る。したがって、計量装置は、半導体ウェハの重量力が予荷重力と同等となる半導体ウェハの重量である下限値を有する計量範囲を有し得る。言い換えれば、予荷重力は、半導体ウェハの重量のいくらかを有効に打消すまたは補正し得るため、測定出力は、半導体ウェハの重量力が予荷重力を上回る分の量にのみ関する。これは、測定出力が、半導体ウェハの重量力の一部のみでなく、半導体ウェハの全重量力に関する従来の天秤とは対照的である。

基準質量は、半導体ウェハであり得る。上記のように、これは、基準質量が半導体ウェハと同じ特性を有し、空気圧、温度などの変化によって同様に影響を受けることを意味し得る。

基準質量は、半導体材料、たとえばシリコンからなり得る。どの半導体材料から基準質量がなるかは、たとえば、どのタイプの半導体ウェハが測定のために使用されるかなど、計量装置の意図する用途に依存し得る。

基準質量は、第１の密度を有する第１の材料と、第２の密度を有する第２の材料とを含み得る。上記のように、２つの材料の量ならびにそれらの密度は、基準質量が、特定の半導体材料の密度など、所望の密度を有するように選択され得る。

当然ながら、計量装置は、複数の基準質量を含み得、これらの基準質量は、異なる材料からなり得る。たとえば、基準質量の１つは、半導体ウェハの第１の型と使用されるための第１の半導体材料からなり得、基準質量の別の１つは、半導体ウェハの第２の型と使用されるための第２の半導体材料からなり得る。

計量装置は、測定装置に予荷重を加えるように配置された釣り合い重りを有する天秤を含み得る。言い換えれば、天秤は、半導体ウェハの重量が加えられる支点または屈曲点の側と反対側に重りを有し得る。したがって、釣り合い重りの重量は、支持部上にロードされた所定の重量（たとえば、半導体ウェハの重量の一部）を釣り合わさせるまたは補正するように作用し得る。計量装置は、半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る半導体ウェハの重量を補正する／釣り合わさせるために、電磁力補正を使用し得る。本発明の計量装置においては、半導体ウェハの全重量力を補正する／釣り合わさせるために電磁力補正が使用される従来の天秤よりも小さい電磁補正力が必要となり得る。したがって、本発明の計量装置においては、従来の天秤におけるよりも小型、軽量および／または低電力の電磁補正システムを使用することが可能となり得る。

重量補正手段は、半導体ウェハの重量力の少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％を補正するように配置され得る。上記のように、半導体ウェハの重量の大部分を補正する／釣り合わさせることは、測定出力がより小さな値に関する、および／または、計量装置が大きく減少された測定範囲を有し得るため、計量装置の精度および／または解像度が大きく増加し得ることを意味する。

支持部は、半導体ウェハをその上にロードするためのウェハ受け面を有し得、支持部および／または基準質量は、基準質量が、ウェハ受け面に干渉せずに支持部に対してロードおよび／またはアンロードされることができるように構成され得る。したがって、支持部上に基準質量をロードすることまたは半導体ウェハをロードすることを容易にかつ素早く交換することが可能となり得る。これにより、半導体ウェハに対する測定を行なうことと、基準質量に対する測定を行なうこととの最小可能時間差を減少し得る。

基準質量は、貫通孔を有し得、支持部は、基準質量が支持部のまわりに位置決めされるように貫通孔内に受けられる。たとえば、基準質量の重量は、支持部の側部から延びる１つ以上の突起上に支持可能であり得る。計量装置はさらに、基準質量を、支持部に沿って、その重量が支持部上にロードされる位置と、その重量が支持部上にロードされない位置との間で変位させるための手段を有し得る。支持部のウェハ受け面は、支持部の端部、たとえば支持部の上端にあり得る。基準質量は、支持部が受けられる貫通孔を有する半導体ウェハであり得る。

以下に、本発明の実施形態を、添付の図面を参照して、ほんの一例として説明する。

従来の電子天秤の概略図である。 本発明の実施形態で用いられ得る計量装置の概略図である。 本発明の実施形態で用いられ得る別の計量装置の概略図である。 図３の計量装置の屈曲点の一例の概略図である。 （ａ）は、従来の計量装置の測定電子部品の概略図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る計量装置の測定電子部品の概略図である。 本発明の第１の実施形態に係る方法のステップを記載するフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る方法のステップを記載するフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る方法のステップを記載するフローチャートである。 本発明の実施形態において用いられ得る計量装置の較正を示す概略プロットである。 本発明の一実施形態に係る計量装置の天秤皿の概略図である。

本発明の好ましい実施形態およびさらなる任意の特徴の詳細な説明
図１は、従来の電子天秤の主な部品の（簡略化）概略図である。図１に示されるように、従来の電子天秤１は、電子ビーム３を含む。電子ビーム３は、支点５、たとえばナイフエッジを中心として回転可能である。天秤皿７は、支点５の第１の側の天秤ビーム３上に位置決めされる。支点５の第２の側には、電磁石９が天秤ビーム３上に位置決めされている。電磁石９は、マグネット１１の磁界内に配置される。

従来の電子天秤１の使用時には、重量が測定される物体、たとえば半導体ウェハが、天秤皿７上に載置される。天秤皿７上の物体の重量は、支点５のまわりの反時計方向に天秤ビーム３を回転させるよう作用する力のモーメントを天秤ビーム３上に引起す。支点５のまわりの反時計方向の天秤ビーム３の回転は、電磁石９を上方に移動させ得る。

電流が電磁石９に供給されると、電磁石９は、磁界を発する。電磁石９によって発される磁界とマグネット１１によって発される磁界との相互作用により、電磁石９は、力を受けるが、この力の大きさおよび方向は、電磁石９に加えられる電流の大きさおよび方向によって決定される。

電磁石９に好適な大きさおよび方法を有する電流を加えることによって、電磁石９は、下方向の力を受けるようにされ得、これにより、天秤皿７上の物体の重量によって引起された力のモーメントと同等かつ逆の力のモーメント（すなわち、時計回り方向の力のモーメント）が天秤ビーム３上に引起される。この場合、電磁石９は静止したままとなり、上方に移動しない。なぜなら、天秤ビーム上に作用する２つの力のモーメントが打消し合って、その結果生じる力のモーメントは存在しないためである。

電磁石９に対する下方の力、ひいては、下方の力によって引起される力のモーメントは、電磁石９に加えられる電流の大きさに依存する。したがって、天秤皿７上の物体の重量によって引起される力のモーメントは、物体が天秤皿７に載置されると電磁石９を同じ位置に保つように、電磁石９に供給される必要のある電流の大きさを測定することによって、判定され得る。電磁石の位置は、たとえば光ダイオードおよび光源（図示せず）を用いて、高い精密さで判定または直接測定され得る。

図２は、本発明の一実施形態に係る方法において用いられ得る計量装置の（簡略化）概略図である。図２に示されるように、計量装置１５は、天秤ビーム１７を含む。天秤ビーム１７は、支点１９を中心として回転可能である。天秤皿２０は、支点１９の第１の側の天秤ビーム１７上に位置決めされている。支点１９の第２の側には、電磁石２１が電子ビーム１７上に位置決めされている（電磁石が逆の側にあることは必須ではなく、他の実施形態においては、電磁石が適切な方向に力を与える限り、天秤皿と同じ支点の側に存在することもできる）。電磁石２１は、マグネット２３の磁界内に配置される。さらに、支点１９の天秤皿２０の反対側の天秤ビーム１７に釣り合い重り２５が取付けられている。釣り合い重り２５の下には、釣り合い重り２５の下方の移動の範囲を限定するための当接面２７が存在する。

使用中、天秤皿２０上に重量が存在しないとき、釣り合い重り２５の重量は、当接面２７によって支持される。この構成においては、電磁石２１が追加の力のモーメントを与える必要がないため、０または最小限の電流が電磁石２１に供給され得、電磁石２１は、永久磁石２３に対して０または基準位置にあり得る。

重量が天秤皿２０上に位置決めされると、重量力が天秤ビーム１７上に力のモーメントを引き起こす。この力のモーメントが釣り合い重りによって引起される力のモーメント未満である場合、釣り合い重り（または、より正確には、釣り合い重りの重量の一部）は、当接面２７によって支持され続け、電磁石２１は、０または基準位置のままとなる。言い換えれば、釣り合い重り２５は、天秤皿２０上の重量を補正する重量補正手段として作用する。電磁石をその元の位置に保つために追加の電流を供給する必要はないため、計量装置１５の測定出力は、同じまま、たとえば０値のままとなる。このため、計量装置１５は、有意義な測定出力を生成しない。計量装置１５は、天秤皿２０上の重量が重量下限値（すなわち、重量しきい値）より大きいときにのみ有意義な測定出力を生成し、重量下限値は、天秤皿２０上の重量によって引起される力のモーメントが、釣り合い重り２５によって引起される力のモーメントと同等となる値である。

重量下限値より大きい重量を有する半導体ウェハが天秤皿２０上に位置決めされると、半導体ウェハによって引起された力のモーメントの一部が、釣り合い重り２５によって引起された力のモーメントによって補正される（または釣り合わされる）。言い換えれば、釣り合い重り２５は、半導体ウェハの重量の一部を補正する重量補正手段として作用する。電磁石２１が０または基準位置のままとなるためには、半導体ウェハによって引起された力のモーメントの残部が、電磁石２１上の下方向の力によって引起された力のモーメントによって補正される必要がある。電磁石２１上に必要な下方向の力を与えるためには、電磁石２１に好適な電流が供給される必要がある。電磁石２１を０または基準位置に保つために必要な電流（すなわち、大きさ）を測定することによって、電磁石２１を０または基準位置に保つのに必要な電磁石２１によって引起された力のモーメントが判定され得るため、電磁石２１によって補正されている／釣り合わされている半導体ウェハの重量の量が判定され得る。このように、計量装置１５は、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示す情報を生成するために使用され得る。言い換えれば、計量装置１５の測定出力は、しきい値を超える半導体ウェハの重量の部分のみに関する。

電磁石２１の位置は、従来の位置測定装置および技術を用いて正確に測定され得る。たとえば、電磁石２１の位置は、光源および光ダイオードを用いて直接または間接的に測定され得る。

他の実施形態では、電磁石２１は、異なる位置にあり得る。たとえば、電磁石２１は、支点１９の天秤皿２０と同じ側にあり得、半導体ウェハの重量が所定の重量より大きいとき、上方向の力を与えるように配置され得る。

本発明の代替的な実施形態では、釣り合い重り２５は（すなわち、その重量または支点１９に対する位置が）、天秤皿２０上の半導体ウェハの重量より大きい重量を補正するものであり得る。この場合、半導体ウェハが天秤皿２０上に載置されると、釣り合い重り２５は、当接面２７と接したままとなり、当接面に力を加える。電磁石２１に先に説明した実施形態と反対方向に電流を加えることによって、電磁石は、上方向の力を受けるようにされ得、これにより、支点１９のまわりに反時計まわり方向のモーメントを与え、釣り合い重り２５を当接面２７から持上げるように作用する。まず、釣り合い重り２５を当接面２７から持上げるために釣り合い重り２５に加えられる必要のある電流（または、電磁石２１が、当接面２７と接する釣り合い重り２５と均衡な位置のままとなる最大電流）を測定することによって、半導体ウェハと釣り合い重り２７との重量の差を示す情報が判定され得る。

本来、第２の実施形態と第１の実施形態との差は、第２の実施形態においては、釣り合い重りが、半導体ウェハの重量より大きい重量（たとえば、半導体ウェハの重量の１１０％）を補正するように配置されているが、第１の実施形態においては、釣り合い重りが、半導体ウェハの重量未満の重量（たとえば、半導体ウェハの重量の９０％）を補正するように配置されている点である。しかしながら、両方の実施形態において、測定されているのは、半導体ウェハと、釣り合い重り２５が補正するように配置されている重量（すなわち、釣り合い重り２５が補正可能な天秤皿２０上の最大重量）との重量の差である。

図３は、本発明の一実施形態に係る方法において用いられ得る別の計量装置の（簡略化）概略図である。この計量装置においては、天秤皿２０は、天秤ビーム１７によって固定された（すなわち、剛性かつ静止の）物体に接続された軸上にある。天秤ビーム１７は、その端部の一方において軸に強固に／堅牢に取付けられており、その端部の他方において屈曲点２８によって固定物体に取付けられている。屈曲点は、天秤ビーム１７が、たとえば、天秤皿２０に加えられる荷重に応じて、屈曲および／または湾曲可能な点である。したがって、天秤皿２０に荷重が加えられると、軸は、天秤ビーム１７が屈曲点２８において屈曲または湾曲することによって、垂直方向に変位され得る。軸はさらに、釣り合い重り２５および軸に強固に／堅牢に取付けられた剛性部材２６によって、釣り合い重り２５に接続されている。釣り合い重り２５は、軸に対して固定された物体の反対側、ひいては、軸に対して屈曲点２８の反対側にも位置決めされている。釣り合い重り２５下に位置決めされた当接面２７は、釣り合い重り２５の垂直方向（すなわち、図３において下方向）の変位を限定する。この実施形態では、電磁石２１は、軸の下に位置決めされている。しかしながら、他の実施形態では、電磁石２１はどこに位置決めされてもよい。先の実施形態と同様に、電磁石２１は、永久磁界（図示せず）内にある。

この実施形態に係る計量装置は、先の実施形態と同様の形で動作する。釣り合い重り２５は、屈曲点２８のまわりに、天秤皿２０上にロードされた所定の重量によって引起された力のモーメントを相殺できる力のモーメントを与える。言い換えれば、釣り合い重り２５は、天秤皿２０上にロードされた所定の重量を補正するように配置されている。たとえば、釣り合い重り２５は、測定皿２０上にロードされた半導体ウェハの重量の一部を補正するように配置され得る。半導体ウェハが測定皿２０上にロードされ、その重量が所定の重量より大きいと、天秤ビーム１７は、半導体ウェハと所定の重量との重量差によって引起された結果として生じる力のモーメントのため、屈曲点２８において屈曲または湾曲し、測定皿２０および軸は、下方向に移動する。

しかしながら、電磁石２１が好適な上方向の力を受けるように好適な電流が電磁石２１に加えられると、この下方向の移動が防止され得る。したがって、半導体ウェハが測定皿２０上にロードされたときに、測定皿２０を同じ位置に保つために電磁石２１に供給される必要のある電流は、半導体ウェハと所定の重量との重量差を示し得る。

上記のように、いくつかの実施形態では、所定の重量は、半導体ウェハの重量より大きくなり得、この場合、電磁石２１は、軸を下方向に移動させ始めるために、軸上に下方向の力を与える必要がある。電磁石２１は、電磁石２１が上方向の力を与える必要のある場合と異なる方向の電流を用いることによって、このような下方向の力を与えるようにされ得る。

屈曲点２８は、図４に示されるようなものであり得、すなわち、屈曲点２８は、天秤ビーム１７の幅および／または厚さが減少されることにより、天秤ビーム１７がその点においてより容易に屈曲および／または湾曲可能となる、天秤ビーム１７の領域であり得る。

本発明の実施形態では、電磁石２１に供給される電流の測定からのＡＣ信号は、計量装置１５の測定電子部品の一部としてのＡＣ／ＤＣ変換器によってＤＣ信号に変換され得る。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、釣り合い重り２５によって引起されるべき適切な力のモーメントを、たとえば、８０％、９０％または９５％など、釣り合わさせることが望ましい半導体ウェハの重量の分数に基づいて、選択することと、適切な力のモーメントを与えるために釣り合い重りについての適切な質量および／または天秤ビーム上の釣り合い重りについての適切な位置を選択することとを含み得る。したがって、方法は、計量装置の釣り合い重りを変更することを含み得、計量装置は、必要に応じて互いと交換され得る複数の異なる釣り合い重りを含み得る。

本発明の他の実施形態では、計量装置は、釣り合い重り２５を含まなくてもよい。これらの実施形態では、計量装置を、重量の差を補正する／打消す電磁石２１に供給される電流の一部の大きさのみが（たとえば、対応する電圧を測定することによって直接または間接的に）測定されるように構成することによって、半導体ウェハの重量と所定の重量との差を示す測定出力が生成され得る。たとえば、計量装置の測定電子部品は、電磁石２１に供給される電流と所定の基準電流との差（または対応する電圧差）のみを正確に測定するように配置され得る。たとえば、測定電子部品は、電流下限値を上回る電磁石２１に供給される電流の部分のみを正確に測定するように配置され得る。本来、これらの実施形態では、電磁石２１はさらに、測定領域上にロードされる所定の重量を補正する重量補正手段として作用するため、生成された測定出力は、半導体ウェハの重量と所定の重量との差のみに関する。

先に記載した実施形態において使用され得る測定電子部品の一例を図５（ａ）に示す。この配置では、電磁石に供給される電流は、抵抗Ｒを通過し、抵抗の両端の電圧Ｖ_aが測定される。この電圧は、電磁石に供給された電流を示し、したがって、電磁石によって支持されている天秤皿上の重量を示す。この実施形態の計量装置において使用され得る測定電子部品の一例を図５（ｂ）に示す。この配置では、抵抗Ｒの両端の全電圧を測定するのでなく、抵抗Ｒの両端の電圧と所定の基準電圧Ｖ_refとの電圧差Ｖ_bのみが測定される。本来、電圧Ｖ_refは、重量補正手段を与える電磁石に供給される電流の部分にのみ関すると見なされ得、重量補正手段は、たとえば、電磁石に測定領域上の所定の重量を補正させる。測定される電圧Ｖ_bは、所定の重量を超える半導体ウェハの重量を補正するために電磁石に供給される電流を示す。半導体ウェハの所与の重量について、電圧Ｖ_bは、電圧Ｖ_aより小さい値であり、Ｖ_bについての測定出力は、より小さい範囲の電圧（たとえば、０からＶ_a,ｍａｘでなく、Ｖ_refからＶ_ref＋Ｖ_b,ｍａｘ）内となり得る。測定出力が、一定の数の量子化レベルを有するアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を用いて生成される場合、解像度は顕著に大きくなり、量子化誤差は、このように小さい範囲の測定出力を有するＡ／Ｄ変換器を用いると、顕著に小さくなる。

上記のように、本発明の方法により、より高い精度および／または解像度の測定が実施され得る。特に、半導体ウェハの重量と所定の重量との差は、半導体ウェハの全重量より小さい値であるため、たとえば、従来の検出電子部品およびシステムを用いて、より高い精度およびまたは解像度で判定され得る。

本発明の実施形態では、半導体ウェハの質量に関する情報を１０μｇオーダの精度まで判定することが可能となり得る。

図６に示されるように、本発明の第１の実施形態では、方法は、半導体ウェハを計量装置（たとえば、図２に示される計量装置１５）の天秤皿上に載置する第１のステップ２９を含む。次に、第２のステップ３０において、計量装置を用いて、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力を生成する。上記のように、これは、電磁石を０または基準位置に維持するために、計量装置の電磁石に供給される必要のある電流を測定することを伴い得る。次に、第３のステップ３１において、測定出力を用いて、半導体ウェハの質量に関する情報を判定する。たとえば、測定出力を用いて、半導体ウェハの質量または半導体ウェハの質量の変化を判定し得る。

当然ながら、方法は、図６に特定されるステップ以外のステップを、図６に特定されるステップの前、間または後のいずれかに含んでいてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、重量補正手段は、測定領域上にロードされた半導体ウェハの重量より大きい重量を補正するように配置され得るため、測定出力は、所定の重量が半導体ウェハの重量を上回る分の量を示す。方法の他のステップは同じであり得る。

本発明のいくつかの実施形態では、半導体ウェハの質量に関する情報は、釣り合い重りの既知の質量に基づいて判定されてもよい。たとえば、方法は、釣り合い重りと半導体ウェハとの質量の差を判定することを含み得、方法は次に、この差および半導体ウェハの既知の質量に基づいて、半導体ウェハの質量を判定することをさらに含み得る。

本発明の第２の実施形態に係る方法を図７に示す。第１の実施形態と同様に、方法は、半導体ウェハを天秤皿上に載置する第１のステップ３３と、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力を生成する第２のステップ３５とを含む。さらに、方法は、基準質量を天秤皿上に載置する第３のステップ３７と、基準質量の重量が基準質量の重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力を生成する第４のステップとを含む。第５のステップ４１においては、方法は、基準質量および半導体ウェハについての測定出力を用いて、半導体ウェハの質量に関する情報を判定することを含む。たとえば、方法は、半導体ウェハおよび基準質量についての測定出力に基づいて半導体ウェハと基準質量との質量の差を判定することを含み得る。さらに、方法は、この差および基準質量の既知の質量（予め決められていてもよく、または、先にもしくは後に測定されてもよい）に基づいて、半導体ウェハの質量を判定することを含み得る。

当然ながら、図７の方法において、半導体ウェハが基準質量の前に測定されることは必須ではない。代わりに、半導体ウェハの前に基準質量が測定されてもよい。さらに、複数の測定が任意の順で基準質量に対して行なわれてもよく、および／または、複数の測定が任意の順で半導体ウェハに対して行なわれてもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、方法は、基準質量に対する第１の測定を行なうステップと、次に、半導体ウェハに対する測定を行なうステップと、次に、基準質量に対する第２の測定を行なうステップとを含み得る。方法はさらに、半導体ウェハに対して測定が行なわれたときに、基準質量に対して行なわれた測定の結果が何であり得たかを推定するステップを含み得る。たとえば、これは、基準質量に対して行なわれた測定値の平均値を取ること、または、基準質量に対して行なわれた測定値間を補完することを伴い得る。これは、温度変化による空気密度の変化など、基準質量に対する測定と半導体ウェハに対する測定との間の測定環境下の変化によって引起され得る誤差を回避する助けをし得る。

本発明の第３の実施形態においては、図８に示されるように、測定が、基準質量および半導体ウェハに対して、半導体ウェハを処理する前および半導体ウェハを処理した後の両方に行なわれ得る。上記のように、図７の方法に基づいて、半導体ウェハの絶対質量および／または半導体ウェハと基準質量との質量差が判定され得る。次に、ステップ４３において、半導体ウェハが処理される。たとえば、材料の層が半導体ウェハに加えられるまたは半導体ウェハから除去され得る。ウェハ処理は、半導体装置を製造する製造ラインの一部として実施され得る。半導体ウェハの処理は、通常、半導体ウェハの質量の変化を引起す。ステップ４４および４５においては、半導体ウェハが再び天秤皿上に載置され、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力が生成される。ステップ４７および４９においては、次に、基準質量が天秤皿上に載置され、基準質量の重量が基準質量の重量の補正される部分を上回る分の量を示す測定出力が生成される。ステップ５１において、半導体ウェハの質量に関する情報が、基準質量および半導体ウェハについての測定出力に基づいて判定される。図７と同様に、基準質量および半導体ウェハが測定される順序は、図８に示されるのと異なっていてもよく、基準質量および／または半導体ウェハについて複数の測定が処理の前および／または処理の後に行なわれてもよい。

また、図７および図８の代替的な実施形態においては、所定の重量は、半導体ウェハの重量より大きい場合があり、このため、測定出力は、所定の重量が半導体ウェハの重量を上回る分の量を示す。図７および図８の他のステップは、同じであり得る。

図８の方法に従うと、半導体ウェハの絶対質量の処理前後の両方の情報および／または半導体ウェハと基準質量との質量の差が提供される。この情報に基づいて、処理によって引起された半導体ウェハの質量変化が判定され得る。これにより、半導体ウェハ処理が正確に実施されたか否か、および／または、半導体ウェハが半導体ウェハ処理後に所望の特性および／または構造を有するか否かについての評価が可能となる／容易となり得る。

本発明のいくつかの実施形態においては、方法は、３００ｍｍの直径を有する半導体ウェハの質量に関する情報を判定するために使用され得る。半導体ウェハは、約１２７ｇまたは約１３０ｇの平均または公称質量を有し得る。本発明のいくつかの実施形態においては、重量補正手段は、約１２０ｇを補正し得、および／または、計量装置の計量範囲は、約３０ｇであり得る。一部のソースからの半導体ウェハの質量の公称または平均ばらつきは、３０ｇほどとなり得るため、約３０ｇの計量範囲が適切となり得る。本発明が、たとえば製造ラインにおけるウェハ処理に関連して使用される場合、計量装置の計量範囲は、ウェハ処理を通過した半導体ウェハの重量の予想される分布と同じまたは予想される分布より若干大きくなるように選択され得る。これは、製造ライン上のウェハのいずれのウェハも測定可能でありながら可能な最も高い精度を表わし得る。

測定が基準質量および半導体ウェハに対して行なわれる実施形態においては、基準質量は、半導体ウェハの半導体基板の密度または半導体ウェハの全体密度と同じまたは同様の密度を有し得る。これにより、測定に対する、空気浮力および空気浮力の変化の効果が減少され得る。

事実、いくつかの実施形態では、基準質量は、たとえばシリコンなど、半導体基板と同じ材料からなり得、またはいくつかの実施形態では、基準質量は、測定されている（たとえば、同じバッチまたはソースからの）半導体ウェハと同様の半導体ウェハであり得る。

代替的な実施形態では、基準質量は、異なる密度の複数の材料からなる複合基準質量であり得る。したがって、異なる密度の異なる材料を組合せることによって、基準質量の複合密度を、半導体基板の密度または半導体ウェハの複合密度などの任意の所望の密度に微調整することが可能となり得る。

方法は、基準質量、半導体ウェハ、または計量装置の部品に作用する浮力または浮力の変化を補正することを含み得る。たとえば、計量装置は、空気密度ひいては浮力を計算するために、空気圧、空気温度および相対湿度などの１つ以上の環境条件を測定するための１つ以上のセンサを含み得る。

本発明のいくつかの実施形態は、計量装置の測定出力を較正することを含み得る。特に、計量装置の測定出力を較正することは、計量装置の測定出力と、半導体ウェハの重量が半導体ウェハの重量の補正される部分を上回る部分の量との関係を判定することを含み得る。図９に示されるように、較正は、既知の重量の第１の質量に対する第１の測定５３および既知の重量の第２の質量に対する第２の測定５５を行なうことを含み得る。計量装置が、通常、実際に正確なまたはよい近似である線型応答を有すると想定すると、計量装置は、第１の測定５３と第２の測定５５との直線５７の方程式および／または勾配を判定することによって、較正され得る。好ましくは、第１の質量と第２の質量との間に相対的に大きな差が存在するため、第１の測定５３および第２の測定５５が全計量範囲に及ぶ。当然ながら、較正の精度を改善するために、２つを超える異なる質量が使用されてもよい。

図１０は、本発明の一実施形態に係る計量装置の天秤皿２０を示す。計量装置の残部は、図２または図３に概略的に示される構造と同様のまたは同じ構造を有し得る。

天秤皿２０は、その上に半導体ウェハ６１をロードするための支持部５９を含む。支持部５９は、その上端に、その上に半導体ウェハ６１をロードするためのウェハ受け面６３を有する。支持部５９は、支持部５９に加えられる重量力が、上記のように、天秤ビーム上に力のモーメントを引起すように、天秤ビーム１７に接続され得る。支持部５９はさらに、その上に基準質量６７をロードするための基準質量支持部６５を有し、これにより、基準質量６７の重量が支持部５９によって支持される。たとえば、基準質量支持部６５は、支持部５９の全周から突出し、支持部５９の全周を囲む突出する縁であり得る。代替的には、基準質量支持部６５は、支持部５９の側部から突出する１つ以上の突起を含み得る。この実施形態では、基準質量６７は、中心貫通孔６９を有する円板型の基準質量を含み、中心貫通孔６９内に支持部５９が受けられる。たとえば、基準質量６７は、中心貫通孔／開口６９を有する、シリコンウェハなどの半導体ウェハを含み得る。

計量装置はさらに、変位手段７１を含み、変位手段７１は、基準質量６７を支持部５９に沿って変位させるように動作可能である。特に、変位手段７１は、基準質量６７を、基準質量が基準質量支持部６５と接することにより、その重量が支持部５９によって支持される第１の位置と、基準質量６７が基準質量支持部７１と接していない第２の位置との間で、基準質量６７を変位させるように動作可能である。

使用中、半導体ウェハ６１に対して測定が行なわれるべき場合、半導体ウェハ搬送手段７３を用いて、半導体ウェハ６１を支持部５９のウェハ受け面６３上に位置決めさせることにより、半導体ウェハ６１の重量が支持部５９によって支持される。同時に、基準質量６７は、その重量が支持部５９によって支持されない位置となり、すなわち、基準質量６７は、変位手段７１によって支持部５９に沿って変位されることにより、基準質量支持部６５と接していない。次に、半導体ウェハ６１に対して測定が行なわれ得る。

その後、半導体ウェハ６１は、半導体ウェハ搬送手段７３によって支持部５９のウェハ受け面６３から取外され得、基準質量６７は、変位手段７１によって基準質量支持部６５と接触され得ることにより、その重量が支持部によって支持される。次に、基準質量６７に対して測定が行なわれ得る。このように、基準質量６７は、ウェハ受け面６３に干渉することなく、支持部５９に対してロードおよび／またはアンロードされることができ、これにより、半導体ウェハ６１および基準質量６７に対して素早く連続して測定が行なわれ得る。

当然ながら、計量装置は、複数の基準質量６７、たとえば、異なる材料からなる基準質量６７および／または異なる質量を有する基準質量を含んでいてもよい。

Claims (19)

1. 半導体ウェハの質量に関する情報を判定する方法であって、前記方法は、
   計量装置の測定領域上に前記半導体ウェハをロードするステップと、前記計量装置は、前記測定領域上にロードされた所定の重量以下の全ての重量を打ち消すように配置された重量補正手段を有し、
   前記半導体ウェハの重量が前記重量補正手段によって打ち消された前記所定の重量を超える量を示す測定出力を生成するステップと、
   前記計量装置の前記測定領域上に基準質量をロードするステップと、
   前記基準質量の重量が前記重量補正手段によって打ち消された前記所定の重量を超える量を示す測定出力を生成するステップと、
   前記半導体ウェハの重量および前記基準質量の重量についての前記測定出力を用いて、前記半導体ウェハの質量に関する情報を判定するステップと
   を備え、
   前記基準質量の密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の密度の±２０％内である、方法。
2. 前記基準質量の前記密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度の±１０％内である、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準質量の前記密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度の±５％内である、請求項１に記載の方法。
4. 前記基準質量は、前記半導体ウェハの半導体基板と同じ材料からなる、請求項１に記載の方法。
5. 前記基準質量は、半導体ウェハである、請求項４に記載の方法。
6. 前記基準質量は、第１の密度を有する第１の材料と第２の密度を有する第２の材料とを含み、
   前記基準質量の合計密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度に基づいて選択される、請求項１に記載の方法。
7. 前記基準質量の既知の質量と、前記半導体ウェハおよび前記基準質量についての測定出力とを用いて、前記半導体ウェハの前記質量を判定するステップを含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
8. 時間ｔ＝ｔ_Wにおいて前記半導体ウェハに対して測定を行なうステップと、
   ｔ＝ｔ_W以外の１つ以上の時間において前記基準質量に対する１つ以上の測定を行なう
   ステップと、
   前記ｔ＝ｔ_W以外の１つ以上の時間における前記基準質量に対する１つ以上の測定に基
   づいて、前記時間ｔ＝ｔ_Wにおける前記基準質量に対する測定の推定値を計算するステッ
   プとを含む、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記半導体ウェハの重量についての前記測定出力および前記重量補正手段によって打ち消された既知の前記所定の重量に基づいて、前記半導体ウェハの前記質量を判定するステップを含む、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記計量装置は、天秤を含み、前記天秤は、前記天秤に予荷重を加えるように配置された釣り合い重りを有する、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の方法。
11. 半導体ウェハの質量に関する情報を判定するための計量装置であって、前記計量装置は、
    前記半導体ウェハをその上にロードするための支持部と、
    前記支持部上にロードされた所定の重量以下の全ての重量を打ち消すように配置された重量補正手段と、
    前記半導体ウェハの重量が前記所定の重量を超える量を示す測定出力を生成するように配置された測定手段と、
    基準質量と、
    前記基準質量を前記支持部（５９）に対してロードし前記基準質量をアンロードするための手段とを備え、前記測定手段は、前記基準質量の重量が前記所定の重量を超える量を示す測定出力を生成し、
    前記基準質量の密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の密度の±２０％内である、計量装置。
12. 前記基準質量の前記密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度の±１０％内である、請求項１１に記載の計量装置。
13. 前記基準質量の前記密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度の±５％内である、請求項１１に記載の計量装置。
14. 前記基準質量は、前記半導体ウェハの半導体基板と同じ材料からなる、請求項１１に記載の計量装置。
15. 前記基準質量は、半導体ウェハである、請求項１４に記載の計量装置。
16. 前記基準質量は、第１の密度を有する第１の材料と第２の密度を有する第２の材料とを含み、
    前記基準質量の合計密度は、前記半導体ウェハの半導体基板の前記密度に基づいて選択される、請求項１１に記載の計量装置。
17. 前記基準質量は、貫通孔を有し、前記支持部は、前記基準質量が前記支持部のまわりに位置決めされるように前記貫通孔内に受けられる、請求項１１から１６のいずれか一項に記載の計量装置。
18. 前記測定手段に予荷重を加えるように配置された釣り合い重りを有する天秤を含む、請求項１１から請求項１７のいずれか一項に記載の計量装置。
19. 前記支持部は、前記半導体ウェハをその上にロードするためのウェハ受け面を有し、前記支持部および／または前記基準質量は、前記基準質量が、前記ウェハ受け面に干渉せずに前記支持部に対してロードおよびアンロードされることができるように構成されている、請求項１１から請求項１８のいずれか一項に記載の計量装置。

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