(57)【要約】      （修正有）【課題】各種半導体製造プロセス前後の半導体ウェハの物理量の変化を計測することができるプロセスモニタ方法を提供する。【解決手段】モニタリングに際し、処理されるウェハの質量を計測する質量計が組み込まれている計測用カセットを用意し、第１のロードポート２ａ〜２ｃに装着する。半導体ウェハを収容したウェハ搬送容器３ａ，３ｃを隣接する第２のロードポート２ａ〜２ｃに装着する。ウェハ搬送容器内に収容されている半導体ウェハを計測用カセット内に移送し、その質量を測定し、第１の測定データをカセットの外部に配置されている信号処理手段６に送信する。プロセスが終了した後、処理されたウェハを前記カセット内に収容する。質量計によりプロセス処理後のウェハの質量を計測し、計測された第２の測定データを信号処理手段６に送信する。第１の測定データと第２の測定データとを用いて、処理前後におけるウェハの物理量の変化を算出する。【選択図】図１
2010056108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体製造プロセス前後のウェハの質量変化を計測することにより、半導体製造プロセスによる半導体ウェハの物理量の変化をモニタするプロセスモニタ方法であって、
処理される半導体ウェハの質量を計測する質量計が組み込まれ、半導体製造装置のロードポートに装着可能な計測用カセットを用意し、当該計測用カセットを半導体製造装置のロードポートに交換可能に装着する工程と、
モニタされる半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
プロセスの処理に先立って、計測用カセットがロードポートに装着された状態で半導体ウェハの質量を計測し、計測された第１の測定データを計測用カセットの外部に配置されている信号処理手段に送信する工程と、
所定のプロセスが終了した後、処理された半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
前記質量計によりプロセス処理後の半導体ウェハの質量を計測し、計測された第２の測定データを前記信号処理手段に送信する工程と、
前記信号処理手段において、第１の測定データと第２の測定データとを用いて、処理前後における半導体ウェハの物理量の変化を算出する工程とを具えることを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプロセスモニタ方法において、前記計測用カセットが半導体製造装置のロードポートに装着された状態において、半導体製造装置に設けられているハンドラを用いて質量計への半導体ウェハの装着及び脱着が行われることを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項３】
半導体製造装置に設けたロードポートにおいて半導体製造プロセス前後の半導体ウェハの質量変化を計測することにより、半導体製造プロセスによる半導体ウェハの物理量の変化をモニタするプロセスモニタ方法であって、
処理される半導体ウェハの質量を計測する質量計が組み込まれ、半導体製造装置のロードポートに装着可能な計測用カセットを用意し、当該計測用カセットを半導体製造装置の第１のロードポートに交換可能に装着する工程と、
処理すべき１つ又は複数の半導体ウェハが収容され、半導体製造ラインにそって移送されてくるウェハ搬送容器を前記半導体製造装置の第１のロードポートと隣接する第２のロードポートに配置する工程と、
前記半導体製造装置に設けたハンドラを用いて、前記ウェハ搬送容器に収容されている半導体ウェハを前記計測用カセット内に移送する工程と、
前記計測用カセット内に組み込まれている質量計を用いて半導体ウェハの質量を計測し、計測された第１の測定データを計測用カセットの外部に配置した信号処理手段に送信する工程と、
前記ハンドラを用いて、質量測定された半導体ウェハを質量計から取り外し、半導体製造装置の処理室に移送する工程と、
所定のプロセスが終了した後、処理された半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
前記質量計によりプロセス処理後の半導体ウェハの質量を計測し、計測された第２の測定データを前記信号処理手段に送信する工程と、
前記信号処理手段において、第１の測定データと第２の測定データとを用いて、処理前後における半導体ウェハの物理量の変化を算出する工程とを具えることを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項４】
請求項１から３までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記計測用カセットは、処理される半導体ウェハとほぼ同一の形状及びほぼ同程度の質量を有するダミーウェハを保持し、少なくともプロセス処理前のウェハの質量計測の前又は計測後に、ダミーウェハについて質量計測を行い、計測された測定データを前記信号処理手段に送信する工程を有し、信号処理手段は、前記第１及び第２の測定データとダミーウェハの測定データとを用いて半導体ウェハの物理量の変化を出力することを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記半導体ウェハに対する半導体製造プロセスとして、半導体ウェハ表面に被膜を形成する成膜処理を実行し、前記信号処理手段は、成膜材料の物理定数と、成膜処理前後のウェハの質量変化とに基づいて成膜された被膜の膜厚情報を出力することを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項６】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記ウェハとしてシリコンウェハを用い、前記半導体製造プロセスとして熱酸化処理によるシリコン酸化膜形成処理を行い、前記信号処理手段は、前記第１及び第２の測定データとシリコン及び酸化シリコンの物理定数とを用いて、形成されたシリコン酸化膜の膜厚情報を出力することを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項７】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記半導体製造プロセスとしてエッチング処理を行い、前記信号処理手段は、前記第１及び第２の測定データと、エッチングにより除去される領域の割合と、エッチングされる材料の物理定数とを用いて、エッチングされた凹部の深さ情報を出力することを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項８】
請求項１から４までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記半導体製造プロセスとして半導体ウェハの表面を研磨する研磨処理を行い、前記信号処理手段は、前記第１及び第２の測定データと半導体ウェハ材料の物理定数とを用いて、半導体ウェハの研磨量を出力することを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項に記載のプロセスモニタ方法において、前記質量計は、半導体ウェハの質量を０．１ｍｇの最小表示単位で測定可能であることを特徴とするプロセスモニタ方法。
【請求項１０】
半導体ウェハの質量を、各種プロセス工程間においてインラインで測定する質量測定方法であって、
半導体ウェハの質量を計測するための質量計が内部に組み込まれている計測用カセットを半導体製造装置の第１のロードポートに装着する工程と、
質量測定される１つ又は複数の半導体ウェハが収容され、半導体製造ラインにそって移送されてくるウェハ搬送容器を前記半導体製造装置の第１のロードポートと隣接する第２のロードポートに配置する工程と、
前記半導体製造装置に設けたハンドラを用いて、前記ウェハ搬送容器に収容されている半導体ウェハを前記計測用カセット内に移送する工程と、
前記計測用カセット内に組み込まれている質量計を用いて半導体ウェハの質量を測定し、測定データをカセットの外部に配置した信号処理手段に送信する工程とを具えることを特徴とする質量測定方法。
【請求項１１】
半導体ウェハの質量を、半導体製造装置に設けたロードポートにおいて測定する質量測定装置であって、
前記ロードポートに交換可能に装着され、測定すべき半導体ウェハを出し入れするための開口部を有する容器本体と、
容器本体内に配置され、半導体ウェハの質量を測定する質量計本体と、
質量計本体に連結され、測定すべきウェハをその主表面が鉛直方向と直交するように支持するウェハステージと、
測定すべき半導体ウェハとほぼ同一の形状を有し、質量が予め既知のダミーウェハ及び当該ダミーウェハを保持するダミーウェハ保持手段と、
質量計により測定された測定値を容器本体の外部に配置した信号処理手段に送信する信号送信手段とを具え、
ロードポートに装着された際、半導体製造装置のハンドラにより、測定されるべき半導体ウェハが前記ウェハステージ上に配置されるように構成したことを特徴とする質量測定装置。
【請求項１２】
０．１ｍｇの最小表示単位を有し、半導体ウェハの質量を測定するのに好適な質量測定装置であって、
半導体ウェハを出し入れするための開口部を有する容器本体と、
容器本体内に配置され、半導体ウェハの質量を０．１ｍｇの最小表示単位で計測可能な質量計ユニットと、  
質量計ユニットに連結され、測定すべき半導体ウェハを支持するウェハステージと、
ウェハステージを挟むように上下方向に離間し、ウェハステージ上に測定すべき半導体ウェハが配置された際、当該半導体ウェハの主表面とほぼ平行になるように配置した第１及び第２のカバーと、
前記容器本体内に設けられ、測定すべき半導体ウェハとほぼ同一の形状を有し、質量が予め既知のダミーウェハ及び当該ダミーウェハを保持するダミーウェハ保持手段と、
前記質量計ユニットにより測定された測定データを容器本体の外部に送信する信号線とを具え、
前記第１及び第２のカバーは熱良導性の導電性プレートと、導電性プレートの表面上に設けた断熱部材とを含むことを特徴とする質量測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の質量測定装置において、前記第１及び第２のカバーは、測定される半導体ウェハをステージ上に配置した際、半導体ウェハから第１のカバーまでの距離と第２のカバーまでの距離とがほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする質量測定装置。
【請求項１４】
請求項１２又は１３に記載の質量測定装置において、前記ダミーウェハ保持手段は、前記容器本体に取り付けた昇降手段と、昇降手段に連結され、ダミーウェハを把持する把持手段とを有し、前記昇降手段により把持手段を昇降させることによりダミーウェハがウェハステージ上に配置されると共にウェハステージ上に配置されたダミーウェハがウェハステージから取り外されることを特徴とする質量測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス前後のウェハの質量変化を計測することにより、プロセス処理によるウェハの物理量の変化をモニタするプロセスモニタ方法に関するものである。
【０００２】
また、本発明は、半導体ウェハのプロセスモニタに好適な質量測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
半導体集積回路は、半導体ウェハに対して研磨処理、成膜処理、エッチング処理、不純物注入処理等の各種製造プロセスを行うことにより製造される。これらの半導体製造プロセスにおいて、ウェハの物理量を計測してプロセスの進行状況をモニタすることは、デバイスの歩留りを高める上で極めて重要である。例えば、半導体製造装置として成膜装置や気相成長装置を用いて成膜処理を行う場合、プロセスを管理する上でアルミニウムの配線膜やチタン又はタンタル等のバリヤ金属膜の膜厚を正確に測定することが要求されている。また、ウェハの表面をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理やバックグラインディング処理する場合、研磨量を計測してウェハの厚さを正確に管理する必要がある。さらに、エッチング処理において、エッチング深さをモニタ管理する必要もある。
【０００４】
従来、ウェハ上に形成される被膜の膜厚は、光学的に測定されていた。高精度な光学測定では、ウェハに形成された被膜の膜厚を０．５ｎｍの分解能で計測することが可能である。しかしながら、ウェハ上に形成された被膜の膜厚を光学的に測定する場合、半導体の製造ラインからウェハを取り出し、取り出されたウェハを光学測定装置に搬入して測定しなければならなかった。そのため、半導体デバイスの製造過程において、各種プロセスにおけるウェハの物理量の変化を光学的にインラインで測定することは困難なものであった。
【０００５】
インライン測定の一例として、重量センサを用いて基板搬送ユニットの重量を計測することにより基板搬送ユニットを検査する検査方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この既知の検査方法では、基板搬送ユニットの重量を計測することにより、搬送容器内に保護カバーやレチクルが収容されているか否かが検出されている。
【０００６】
また、プロセス前後の半導体ウェハの質量を測定し、処理前後のウェハの質量変化に基づいて半導体ウェハの物理量を測定するモニタ方法は既知である（例えば、特許文献２参照）。この既知のモニタ方法では、半導体製造装置のプロセスチャンバの前室に質量計が配置され、エッチング処理前後の半導体ウェハの質量変化が計測され、計測した質量に基づいてプロセスの管理が行われている。
【０００７】
また、質量計として、０．１ｍｇの最小表示が可能な質量計が実用化されている（例えば、特許文献３参照）。このような精密測定可能な質量計を用いれば、半導体製造工程におけるプロセス管理上有益な情報を得ることが期待される。
【特許文献１】特開２００８−１４７２８１号公報
【特許文献２】特開２００１−１１８７６２号公報
【特許文献３】島津製作所ホームページ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
半導体デバイスの製造工程においては、半導体ウェハを搬送容器（FOUP：Front Opening Unified Pod）内に収容し、ウェハが収容された搬送容器を半導体製造装置間に沿って移送し、ウェハに対して各種プロセスをインラインで行う半導体製造システムが広く採用されている。この半導体製造システムでは、ウェハに対してプロセス処理を行う半導体製造装置の前面にロードポートが配置され、移送されてきた搬送容器はロードポート上装着され、ロードポートにおいて搬送容器からウェハが取り出され、半導体製造装置内に搬入されている。この半導体製造システムにおいて、例えばウェハ表面に形成した被膜の膜厚を光学的に測定する場合、処理されたウェハを半導体装置の製造ラインから取り出し、光学装置内に配置しなければならず、半導体製造ライン上でインラインで測定することは困難であった。また、上述した特許文献２に記載の質量測定方法では、半導体製造装置のプロセスチャンバの前室において質量計測が行われているため、処理の直前及び直後の半導体ウェハの質量を計測できる利点がある。しかしながら、質量計は常時配置されているため、質量計を配置するための専用のスペースを半導体製造装置の内部に設ける必要があり、半導体製造装置の空間的利用の観点において、問題があった。
【０００９】
上述した最小表示が０．１ｍｇの質量計を用いれば、半導体ウェハの質量変化を高精度に計測でき、プロセス管理上有益な情報が期待される。特に、既存の製造ラインを利用してインラインで測定できれば、半導体ウェハの物理量の変化を各プロセス毎にリアルタイムで計測でき、プロセス管理上極めて有効である。しかしながら、上記質量計を用いて質量測定する場合、外部からの要因が誤差となる特性がある。特に、半導体ウェハは大径化する方向にあり、且つ３００ｍｍウェハの場合厚さは０．７７５ｍｍ程度であり、薄い平板構造であるため、測定雰囲気中の気流や対流の影響を受けやすい特性がある。このため、質量計付近の雰囲気中にわずかな対流が発生しただけで半導体ウェハに微振動が発生し、測定値にバラツキが生じ、測定誤差の原因となってしまう。特に、半導体製造装置が配置されているクリーンルームには、ダウンフローが常時形成されているため、気流による影響が大きく、半導体ウェハの質量を０．１ｍｇの最小表示単位で測定するには不向きな測定環境である。
【００１０】
本発明の目的は、各種半導体製造プロセス前後の半導体ウェハの物理量の変化をインラインで計測することができるプロセスモニタ方法を実現することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、０．１ｍｇの最小表示性能を有する質量計を用いて半導体ウェハの物理量をインラインで測定できる質量測定方法及び質量測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によるプロセスモニタ方法は、半導体製造プロセス前後のウェハの質量変化を計測することにより、半導体製造プロセスによる半導体ウェハの物理量の変化をモニタするプロセスモニタ方法であって、
処理される半導体ウェハの質量を計測する質量計が組み込まれ、半導体製造装置のロードポートに装着可能な計測用カセットを用意し、当該計測用カセットを半導体製造装置のロードポートに交換可能に装着する工程と、
モニタされる半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
プロセスの処理に先立って、計測用カセットがロードポートに装着された状態で半導体ウェハの質量を計測し、計測された第１の測定データを計測用カセットの外部に配置されている信号処理手段に送信する工程と、
所定のプロセスが終了した後、処理された半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
前記質量計によりプロセス処理後の半導体ウェハの質量を計測し、計測された第２の測定データを前記信号処理手段に送信する工程と、
前記信号処理手段において、第１の測定データと第２の測定データとを用いて、処理前後における半導体ウェハの物理量の変化を算出する工程とを具えることを特徴とする。
【００１３】
電磁力平衡式の質量計では、最小表示が０．１ｍｇであり超精密な質量計測が可能である。本発明者が０．１ｍｇの最小表示を直径が３００ｍｍの半導体ウェハに成膜されるアルミニウム被膜の膜厚に換算したところ、０．５２ｎｍの膜厚に対応することが判明した。この最小表示は、光学的に測定した場合に得られる膜厚の分解能にほぼ匹敵している。さらに、バリアメタルとして用いられるTiN被膜を直径３００ｍｍの半導体ウェハに形成する場合、０．１ｍｇの最小表示は０．２６ｎｍの膜厚に対応している。さらに、シリコン酸化膜の場合、０．１ｍｇの最小表示は、１．２ｎｍの膜厚に対応する。これらの解析結果によれば、半導体ウェハの質量を計測することにより、半導体製造プロセスを高精度に管理することが可能である。しかも、プロセス前後の半導体ウェハの質量を計測すれば、信号処理手段において測定データについて換算処理を実行するだけで半導体ウェハに成膜された各種被膜の膜やエッチング量並びに研磨量等の物理量を直接的に測定することができる。そこで、本発明では、超精密測定可能な質量計を用いて各種半導体製造プロセスのモニタリングを行う。
【００１４】
しかしながら、前述したように、半導体ウェハは薄い平板構造であり且つ質量に対する主表面の面積が広いため、測定雰囲気中の対流による影響や静電気による影響を受け易い固有の特性があり、０．１ｍｇの分解能で質量測定する場合、対流等の外部要因により測定誤差が生じやすい課題がある。この課題を解決するため、本発明では、半導体製造装置のロードポートに装着可能な計測用カセットを用意し、当該カセット内に質量計を組み込み、質量測定装置を構成する。計測用のカセット内に質量計を組み込めば、ほぼ密封された空間が形成され、密封空間内に質量計及び半導体ウェハが配置された構造となり、外部の温度分布に起因する対流の影響が抑制され、測定誤差が生じやすい課題が解決される。
【００１５】
現在の半導体製造システムでは、搬送容器（FOUP）内に処理されるウェハが収容され、搬送容器を半導体製造装置間で移送する方式が広く採用されている。また、半導体製造装置には、処理すべきウェハを出し入れするためのロードポートが標準的に装備され、搬送容器もロードポートと共に標準化されている。従って、FOUPの容器本体を計測用カセットとして利用し、処理されるべきウェハの質量を計測する質量計を搬送容器内に組み込めば、半導体製造装置のロードポートにおいてインラインで計測することが可能である。ここで重要なことは、本発明によれば、半導体製造装置に標準的に装備されているロードポートにおいて、質量計が内蔵されている計測用カセットをロードポートに装着するだけで、ウェハの質量を計測できることである。ロードポートにおいて質量計測できれば、プロセス処理が実行される直前のウェハの質量が計測されると共に処理が終了した後直ちに処理されたウェハの質量を計測することができる。すなわち、ウェハの質量を０．１ｍｇ単位で計測する際の大きな誤差要因は、時間経過と共に計測条件が変動することにある。しかし、本発明では、プロセス処理前後に行われる２回の計測は、同一の質量測定装置内において同一のロードポート上で行われ、且つ処理が行われる直前及び処理の直後に計測できるため、計測条件の変動に起因する誤差が低減され、信頼性の高い計測データが得られる利点が達成される。
【００１６】
従って、本発明によれば、対流等の外部要因による影響が軽減された測定環境下において、製造ラインに変更を加えることなくインラインで半導体ウェハの質量変化を計測することが可能であり、半導体ウェハに成膜された被膜の膜厚やエッチング量等の各種物理量を高精度に管理することが可能となる。
【００１７】
ここで、用語「半導体ウェハ」又は「ウェハ」は、処理されていないベアウェハ及び半導体デバイスの製造工程中において成膜処理やエッチング処理等の各種処理がされた半導体ウェハ及び半導体基板を含むものである。また、半導体材料として、シリコンや化合物半導体の質量計測に適用することができる。さらに、ウェハの物理量は、ウェハの質量、ウェハに形成された各種被膜の膜厚やエッチング量、ウェハに対する研磨量等を含むものである。
【００１８】
本発明によるプロセスモニタ方法の好適実施例は、ウェハ搬送容器が半導体製造装置のロードポートに装着された状態において、半導体製造装置に設けたハンドラを用いて質量計へのウェハの装着及びウェハの脱着が行われることを特徴とする。
【００１９】
ロードポートには、搬送容器の蓋を開閉するオープナが装備されていると共に搬送容器内に配置されているウェハを移送するためのハンドラも装備されている。ハンドラは、水平面内において２次元操作可能であり、鉛直方向にも操作可能である。従って、ハンドラを用いることにより、搬送容器内に保持されているウェハを質量計のウェハステージ上に装着することが可能であり、計測後のウェハをステージから取り外してロードロック室に移送することも可能である。従って、半導体製造装置に設けられているハンドラを利用することにより、半導体製造装置への移送からプロセス処理後の質量計測までの操作を自動的に実行することが可能になる。
【００２０】
本発明によるプロセスモニタ方法は、半導体製造装置に設けたロードポートにおいて半導体製造プロセス前後の半導体ウェハの質量変化を計測することにより、半導体製造プロセスによる半導体ウェハの物理量の変化をモニタするプロセスモニタ方法であって、
処理される半導体ウェハの質量を計測する質量計が組み込まれ、半導体製造装置のロードポートに装着可能な計測用カセットを用意し、当該計測用カセットを半導体製造装置の第１のロードポートに交換可能に装着する工程と、
処理すべき１つ又は複数の半導体ウェハが収容され、半導体製造ラインにそって移送されてくるウェハ搬送容器を前記半導体製造装置の第１のロードポートと隣接する第２のロードポートに配置する工程と、
前記半導体製造装置に設けたハンドラを用いて、前記ウェハ搬送容器に収容されている半導体ウェハを前記計測用カセット内に移送する工程と、
前記計測用カセット内に組み込まれている質量計を用いて半導体ウェハの質量を計測し、計測された第１の測定データを計測用カセットの外部に配置した信号処理手段に送信する工程と、
前記ハンドラを用いて、質量測定された半導体ウェハを質量計から取り外し、半導体製造装置の処理室に移送する工程と、
所定のプロセスが終了した後、処理された半導体ウェハを前記計測用カセット内に収容する工程と、
前記質量計によりプロセス処理後の半導体ウェハの質量を計測し、計測された第２の測定データを前記信号処理手段に送信する工程と、
前記信号処理手段において、第１の測定データと第２の測定データとを用いて、処理前後における半導体ウェハの物理量の変化を算出する工程とを具えることを特徴とする。
【００２１】
前述したように、現在の半導体製造システムでは、搬送容器（FOUP）内に処理されるウェハが収容され、搬送容器を半導体製造装置間で移送する方式が広く採用されている。また、半導体製造装置には、処理すべきウェハを出し入れするためのロードポートが標準的に装備され、搬送容器もロードポートと共に標準化されている。従って、複数のロードポートのうち、第１のロードポートに質量計が組み込まれた計測用カセットを交換可能に装着し、隣接する第２のロードポートには移送されてくるウェハ搬送容器を配置すれば、ハンドラを操作することによりウェハ搬送容器内に収容されている半導体ウェハを質量計内に順次に供給することができる。この結果、順次移送されてくる半導体ウェハについて、質量計測とプロセス処理とをコントローラの制御のもとで順次自動的に行うことができる。さらに、質量計が組み込まれている計測用カセットは、ロードポートに交換可能に装着されるので、処理される半導体ウェハの特性に応じてカセットを交換することができる利点が達成され、例えば半導体ウェハに応じてキャリブレーション用のダミーウェハを適宜交換することが可能である。
【００２２】
ここで、特に重要なことは、本発明によれば、製造ラインの途中に新たな質量計測用のステーションを設けることなく、既存の半導体製造装置を利用してインラインで質量計測を行うことができることである。すなわち、既存の半導体製造装置に標準的に装備されているロードポートに、質量計が組み込まれているFOUPを装着するだけで、製造ラインに沿って移送されてくる半導体ウェハについて質量計測とプロセス処理とを順次行うことができる。すなわち、質量計が組み込まれているFOUPは既存のロードポートに装着可能であり、製造ラインに沿って移送されてくるFOUP内に収容されている半導体ウェハは、半導体製造装置に設けたハンドラ（ロボット）を操作することにより質量計が組み込まれているFOUP内に移送することが可能である。従って、質量計が内蔵されている計測用カセットをロードポートに装着するだけで、既存の半導体製造装置に装備されているハンドラを利用することにより、製造ラインに沿って移送されてくるウェハ搬送容器内に収容されている半導体ウェハを計測用カセット内の質量計上に配置して質量計測を行うことができる。
【００２３】
本発明による質量測定方法は、半導体ウェハの質量を、各種プロセス工程間においてインラインで測定する質量測定方法であって、
半導体ウェハの質量を計測するための質量計が内部に組み込まれている計測用カセットを半導体製造装置の第１のロードポートに交換可能に装着する工程と、
質量測定される１つ又は複数の半導体ウェハが収容され、半導体製造ラインにそって移送されてくるウェハ搬送容器を前記半導体製造装置の第１のロードポートと隣接する第２のロードポートに配置する工程と、
前記半導体製造装置に設けたハンドラを用いて、前記ウェハ搬送容器に収容されている半導体ウェハを前記計測用カセット内に移送する工程と、
前記計測用カセット内に組み込まれている質量計を用いて半導体ウェハの質量を測定し、測定データをカセットの外部に配置した信号処理手段に送信する工程とを具えることを特徴とする。
【００２４】
本発明による質量測定方法では、半導体製造装置のロードポートに装着したカセット内に配置された質量計により質量測定が行われるので、外部要因による影響が抑制された測定環境下において、インラインで半導体ウェハの質量を測定することが可能になる。特に、計測用カセット内に質量計を組み込んだ場合、測定すべき半導体ウェハのカセット内への装着及び脱着は、既存のハンドラを用いて操作できるので、新たな操作機構を設けることなく、既存のコントローラの制御のもとで自動的に行うことが可能である。
本発明による質量測定装置は、半導体ウェハの質量を、半導体製造装置に設けたロードポートにおいて測定する質量測定装置であって、
前記ロードポートに交換可能に装着され、測定すべき半導体ウェハを出し入れするための開口部を有する容器本体と、
容器本体内に配置され、半導体ウェハの質量を測定する質量計本体と、
質量計本体に連結され、測定すべきウェハをその主表面が鉛直方向と直交するように支持するウェハステージと、
測定すべき半導体ウェハとほぼ同一の形状を有し、質量が予め既知のダミーウェハ及び当該ダミーウェハを保持するダミーウェハ保持手段と、
質量計により測定された測定値を容器本体の外部に配置した信号処理手段に送信する信号送信手段とを具え、
ロードポートに装着された際、半導体製造装置のハンドラにより、測定されるべき半導体ウェハが前記ウェハステージ上に配置されるように構成したことを特徴とする。
本発明による別の質量測定装置は、０．１ｍｇの最小表示単位を有し、半導体ウェハの質量を測定するのに好適な質量測定装置であって、
半導体ウェハを出し入れするための開口部を有する容器本体と、
容器本体内に配置され、半導体ウェハの質量を０．１ｍｇの最小表示単位で計測可能な質量計ユニットと、  
質量計ユニットに連結され、測定すべき半導体ウェハを支持するウェハステージと、
ウェハステージを挟むように上下方向に離間し、ウェハステージ上に測定すべき半導体ウェハが配置された際、当該半導体ウェハの主表面とほぼ平行になるように配置した第１及び第２のカバーと、
前記容器本体内に設けられ、測定すべき半導体ウェハとほぼ同一の形状を有し、質量が予め既知のダミーウェハ及び当該ダミーウェハを保持するダミーウェハ保持手段と、
前記質量計ユニットにより測定された測定データを容器本体の外部に送信する信号線とを具え、
前記第１及び第２のカバーは熱良導性の導電性プレートと、導電性プレートの表面上に設けた断熱部材とを含むことを特徴とする。
【００２５】
０．１ｍｇの最小表示単位で半導体ウェハの質量を測定する際の課題は、対流により半導体ウェハに不所望に応力が作用し、測定値にバラツキが生じることである。一方、半導体ウェハは、大きな主表面を有し、厚さの薄い平板構造であるため、対流による影響を受け易い特性がある。そこで、本発明では、ウェハステージを挟んで上下方向に離間した第１及び第２のカバーを配置し、これらカバーはウェハステージ上に配置された半導体ウェハの主表面（素子形成面）に対してほぼ平行になるように配置し、対流の影響を抑制する。第１及び第２のカバーは、熱良導性の導電性プレートと導電性プレート上に設けた断熱材を含む。半導体ウェハの周囲を断熱材で包囲することにより外部から熱的な影響を受けない構成となる。また、熱良導体のプレートで包囲することにより  半導体ウェハの周囲に温度勾配が形成されるのが防止される。特に、第１及び第２のカバーは、半導体ウェハの主表面に対して平行に配置されているので、半導体ウェハの主表面全域に対して均一な測定雰囲気が形成される。従って、容器本体内において、ウェハステージを上下方向において断熱材と熱良導体との複合部材により包囲することにより、温度勾配による対流の影響が大幅に軽減され、信頼性の高い質量計測を行うことができる。
【００２６】
本発明による質量測定装置の好適実施例は、前記第１及び第２のカバーは、測定される半導体ウェハをステージ上に配置した際、半導体ウェハから第１のカバーまでの距離と第２のカバーまでの距離とがほぼ等しくなるように設定されていることを特徴とする。本発明者が、０．１ｍｇの最小表示単位を有する質量計を用いて半導体ウェハの質量を測定したところ、対流による影響と共に半導体ウェハの表面に帯電した帯電電荷による影響も無視できないことが判明した。すなわち、半導体ウェハに表面が各種部材と接触すると、摩擦帯電により電荷が帯電してしまう。一方、表面に電荷が帯電した半導体ウェハは、その周囲に導電性部材が存在すると、静電誘導により反対極性の電荷が誘導され、半導体ウェハと導電性部材との間に不所望なクーロン力が発生してしまう。このクーロン力は、０．１ｍｇの最小表示単位で測定する場合無視できず、誤差の原因となってしまう。そこで、本発明では、測定される半導体ウェハから導電性の第１及び第２のカバーまでの距離がほぼ一致するように設定する。このように、半導体ウェハから導電性カバーまでの距離が等しくなるように設定すれば、主表面のほぼ全域にわたって第１のカバーと第２のカバーに誘導される電荷はほぼ等しくなるため、不所望なクーロン力の発生が防止され、信頼性の高い測定データを得ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明では、内部に質量計が組み込まれ、半導体製造装置に標準的に装備されているロードポートに装着可能な計測用カセットを用いて質量測定が行われるので、対流等の外部要因が抑制された測定環境下において、プロセス処理される直前及び直後のウェハの物理量の変化をインラインで計測することができる。この結果、最小表示が０．１ｍｇの精度の質量計を用いて半導体ウェハの物理量の変化をモニタリングすることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
図１は本発明によるプロセスモニタ方法を実施するための半導体製造システムの全体構成を示す図である。本例では、各種処理が行われる半導体ウェハを搬送容器（FOUP：Front Opening unified Pod）内に収容して半導体製造装置間を移送するシステムを例にして説明する。この半導体製造システムでは、ウェハを収容する搬送容器内及びウェハの受け渡しを行う空間内は高清浄状態に維持するFIMS（Front Opening Interface Mechanical System）が採用されている。このFIMSシステムの特性を鑑み、本発明では、ウェハの質量を計測する質量計をクリーンな雰囲気下に維持されている搬送容器の内部又は半導体製造装置の内部に組み込み、ウェハの質量変化をクリーンな雰囲気下において又は真空雰囲気下においてインラインで計測する。本例では、搬送容器内に質量計を組み込み、インラインでウェハの質量を計測してプロセス前後のウェハの物理量の変化をモニタする。
【００２９】
半導体製造装置１において、半導体ウェハに対して各種プロセスが行われる。半導体製造装置において行われるプロセスとして、成膜処理、コーティング処理、バックグラインドやＣＭＰ等の研磨処理、エッチング処理等が行われる。成膜処理として、例えばウェハ上にアルミ配線膜やバリヤメタル層等の各種の被膜を形成する処理及びＣＶＤ等の気相堆積法により被膜を形成する処理が挙げられる。また、シリコンウェハに熱酸化処理を行ってシリコン酸化膜を形成する酸化膜形成処理も行われる。これら成膜処理の前後のウェハの質量を計測し、計測値を搬送容器の外部に配置した信号処理手段に送信し、ウェハ自身の質量やウェハに形成された被膜の膜厚や研磨量等のウェハの物理量の変化をリアルタイムで出力する。
【００３０】
半導体製造装置１に隣接して３台のロードポート２ａ〜２ｃが配置され、ロードポート２ａ及び２ｃ上にウェハを収容したウェハ搬送容器３ａ及び３ｃが装着されている。各ロードポート２ａ〜２ｃは、搬送容器３と対向しウェハを出し入れするための開口部及び当該開口部を閉鎖するドアをそれぞれ有すると共に、搬送容器を支持する載置台４ａ〜４ｃを有する。載置台には、位置決めのピン（図示せず）が設けられ、位置決め用のピンにより搬送容器が位置決めされる。
【００３１】
搬送容器３ａ及び３ｃの内部には質量計が組み込まれ、ウェハが搬送容器内に装着された状態で、プロセス処理前後のウェハの質量が計測され、質量計により測定された測定データは、信号線５ａ及び５ｃを介して信号処理回路６に送信される。搬送容器内のウェハは、半導体製造装置に設けたハンドラ（ロボット）により取り出され、半導体製造装置内に搬入され、所定のプロセスが行われる。本発明では、半導体製造装置によるプロセスの実行に先立って、搬送容器がロードポート上に装着された状態で、搬送容器に組み込まれている質量計を用いてウェハの質量計測を実行する。その後、半導体製造装置内において所定のプロセスが行われ、プロセス処理の終了後、処理されたウェハは搬送容器内に収容される。そして、ウェハを搬送容器内に収容した状態で処理後のウェハの質量を計測する。
【００３２】
図２は半導体製造装置一例を示す線図である。第１の搬送室１０には、搬送容器と対向するオープナ１１ａ〜１１ｃが配置され、オープナ１１ａ〜１１ｃにより搬送容器のウェハを出し入れする蓋の開閉が行われる。第１の搬送室１０には、ウェハの移送を行う第１のハンドラ１２が配置され、この第１のハンドラを用いて半導体ウェハを操作する。第１のハンドラ１２はコントローラ（図示せず）により制御され、水平面における２次元移動及び回転が可能であると共に鉛直方向に移動可能である。搬送容器内に収容されている半導体ウェハは、第１のハンドラ１２により質量計上に配置され、質量計測が行われ、計測後ハンドラ１２を用い質量計から取り外され、ロードロック室１３に移送される。
ロードロック室１３に移送されたウェハは、第２の搬送室１４に配置した第２のハンドラー１５により第１のプロセス室１６内に移送され、プロセス処理が行われる。本例では、プロセス処理として例えばスパッタリングによるアルミニウム膜を形成するものとする。プロセス室１６における処理が終了すると、ハンドラ１５により取り出され、クーリング室１７に移送され、クーリング処理が行われる。クーリング処理が終了すると、第２のハンドラ１５によりクーリング室から取り出され、アンロードロック室１８に移送される。アンロードロック室に移送されたウェハは、第１のハンドラ１２により搬送容器３ａに移送される。そして、搬送容器３ａ内において、処理後の半導体ウェハの質量が計測される。
【００３３】
図３は本発明による搬送容器（FOUP）の一例を示す線図的断面図であり、図３（Ａ）は質量計と半導体ウェハの配置態様を示す線図的平面図であり、図３（Ｂ）はウェハを出し入れするための蓋を取り除いて側方から見た線図的断面図である。搬送容器は、容器本体２０及び開閉用の蓋２１を有する。容器本体２０は、半導体ウェハを出し入れするため、容器本体２０の前面に形成した開口部を有し、当該開口部は蓋２１により封止する。容器本体２０内に質量計ユニット２２を配置する。この質量計ユニット２２は、例えば最小分解能が０．１ｍｇの精度でウェハの質量を計測することができる。質量計として、例えば島津製作所製の分析天秤（商品名「AUD-Dシリーズ」）を用いることができる。質量計ユニット２２上に計測すべきウェハ２３を支持するウェハステージ２４を設ける。このウェハステージ２４は、例えばSiCやカーボン等の導電性材料で構成する。図示のように、ウェハステージ２４は、ウェハ２３をその主表面が鉛直方向と直交するように支持する。ウェハ２３は、ハンドラを用いてステージ２４上に載置され、ステージ２４上に載置された状態でウェハ２３の質量が計測される。
【００３４】
ステージ２４をはさんで鉛直方向に離間して第１及び第２のカバー２５及び２６を取り付ける。これら第１及び第２のカバー２５及び２６は、ウェハステージ２４上に半導体ウェハ２３が配置された際、半導体ウェハの主表面（素子形成面）とほぼ平行になるように配置する。第１及び第２のカバーは、高い熱伝導率及び導電性を有するプレート部材２５ａ及び２６ａと断熱シート２５ｂ及び２６ｂとでそれぞれ構成する。高い熱伝導率及び良好な導電性材料として、例えばアルミニウムのプレートが用いられる。本発明者による種々の実験及び解析の結果、質量計の誤差の一番大きな要因は、ウェハステージ２４付近の対流の影響であり、対流はステージ２４の周囲に形成される温度勾配により発生することが判明した。そこで、本発明では、ウェハを支持するステージ２４を挟んで上下方向に高い熱伝導性プレートと断熱シートとの複合体を配置し、ウェハステージ上に配置された半導体ウェハ２３を密封状態に近い測定雰囲気に維持する。
【００３５】
半導体ウェハの周囲を高熱伝導性プレートで包囲することにより、計測される半導体ウェハの周囲に形成される温度勾配が大幅に低減され、対流の影響が除去される。また、断熱材により容器外部の温度分布による影響も除去される。このように、高伝導性プレートと断熱シートとの複合体から成るカバーを配置することにより、対流に起因する誤差が大幅に軽減される。
【００３６】
また、発明者の解析結果によれば、ウェハ表面に発生する静電荷も質量計の誤差要因となることが判明した。すなわち、ウェハ表面に静電荷が発生すると、周囲の導電性部材との間に不所望な電位勾配が形成され、不所望なクーロン力が発生する。このクーロン力により測定誤差が生じてしまう。そこで、本発明では、第１及び第２のカバーを導電性材料で構成すると共に、ステージ２４上に載置されたウェハ２４から第１のカバーまでの距離と第２のカバーまでの距離とがほぼ等しくなるように設定する。ウェハの厚さは、０．７７５ｍｍ程度であり、ウェハ表面に静電荷が帯電した場合、第１及び第２のカバーからウェハまでの距離と比較して極めて小さいため、ウェハ表面に帯電した電荷は面状に帯電した電荷であるとみなすことができる。従って、ステージ上に載置されたウェハから第１及び第２のカバーまでの距離が等しくなるように設定すれば、各カバーを構成する導電性プレートに誘導される電荷は、半導体ウェハの主表面のほぼ全域にわたって第１のカバーと第２のカバーにおいて互いにほぼ等しくなり、不所望なクーロン力の発生が防止される。尚、第１及び第２のカバー、導電性材料のステージ、及び質量計は接地して同一の電位に設定することが好ましい。
【００３７】
質量計測ユニット２２には、測定データを送信するための第１の信号線２７を接続し、第１の信号線の他端はコネクタ２８に接続する。コネクタ２８は搬送容器の側壁に形成した貫通孔を介して搬送容器の外部に延在する。コネクタ２８の他端は、第２の信号線２９を接続し、第２の信号線を信号処理回路に接続する。
【００３８】
容器本体２０の上部には、ウェハを保持するウェハ保持手段として機能するウェハ保持棚３０ａ〜３０ｃを設け、処理されるウェハ３１及びダミーウェハ３２を保持する。ウェハ保持棚３０は、各ウェハをその主表面が鉛直方向と直交する方向に延在するように保持する。また、ウェハ保持棚間の間隔は、ハンドラが挿入されるように設定する。従って、ウェハ保持棚３０に保持されているウェハは、半導体製造装置に設けた第１のハンドラ１２（図２参照）を操作することにより、ウェハ保持棚から取り出されてウェハステージ２４上に配置することができる。また、ウェハステージ２４上に載置され、計測が終了したウェハ及びダミーウェハは、上記第１のハンドラ１２により、ウェハステージから取り外され、ウェハ保持棚に配置することができ、或いはロードロック室に移送することができる。このように、本発明による搬送容器では、半導体製造装置に設けた既存のハンドラ又はロボットを用いて、ウェハ保持棚に保持されているウェハを質量計に装着することができ、計測が終了したウェハをウェハ保持棚に配置することができる。このハンドラの操作は、コントローラにより自動的に実行することができる。従って、本発明による搬送容器を用いれば、半導体製造装置におけるプロセスの前後のウェハの物理量の変化を自動的にリアルタイムで出力することが可能である。尚、図面を明瞭にするため、３個のウェハ保持棚３０ａ〜３０ｃを図示したが、勿論多数のウェハ保持棚を設けることも可能である。
【００３９】
搬送容器内に保持されるダミーウェハ３２について説明する。０．１ｍｇの最小単位でウェハの質量を計測するには、計測に際し質量計を校正する必要がある。特に、プロセス前の計測からプロセス処理後の計測までに長時間かかると、気圧や温度変動がある場合、その間に質量計に変動が生じ、誤差の要因となる。そこで、本例では、キャリブレーション用のデータを計測するためのダミーウェハ３２を搬送容器のウェハ保持棚に保持し、その測定値を用いて校正する。このダミーウェハ３２は、その質量が既知であり、計測対象のウェハとほぼ同一の形状を有すると共に計測対象のウェハの質量と同程度の質量を有するウェハで構成する。従って、ダミーウェハの計測操作は、ウェハと同一の操作で行うことができる。尚、０．１ｍｇの最小単位でウェハの質量を計測するには、測定される半導体ウェハの重心位置と校正用のダミーウェハの重心位置とを一致させる必要がある。そこで、本発明では、質量計測される半導体ウェハとほぼ同一形状を有するダミーウェハを用いて校正する。測定対象の形状が同一の場合、重心位置は互いに一致するため、校正に起因する誤差の発生が防止される。
【００４０】
処理すべきウェハの計測に先立って、半導体製造装置に設けたハンドラ（図２に示す第１のハンドラ１２）により、ダミーウェハをウェハ保持棚から取り出してステージ上に配置し、ダミーウェハの質量を計測する。そして、その測定値を信号線を介して信号処理手段に送信する。その後、ハンドラを用いて、ダミーウェハをステージから取り外し、ウェハ保持棚に収納する。次に、同様にハンドラを用いて、質量すべきウェハをウェハ保持棚から取り出し、ステージ上に配置し、質量計測を実行し、測定値を信号処理手段に送信する。このように、処理されるウェハとダミーウェハに対する質量計測は、半導体製造装置のハンドラを用いてほぼ同一の操作で実行することができる。
【００４１】
次に、信号処理手段におけるウェハの物理量の変化の算出方法について説明する。初めに、ウェハ上にアルミニウム被膜を成膜するプロセスにおけるアルミニウムの膜厚測定について説明する。成膜前のウェハの質量をＭ1とし、成膜後のウェハの質量をＭ2とする。また、ウェハのアルミニウム被膜が形成される表面の表面積をＳとし、アルミニウムの密度をρとする。成膜されたアルミニウムの膜厚Ｔは以下の式で与えられる。
【００４２】
Ｔ＝（Ｍ2−Ｍ1）／（Ｓ×ρ）
信号処理手段は、ウェハの物理量の変化として、上述した式に基づいて演算処理してウェハに形成されたアルミニウム被膜の膜厚を算出することができる。
【００４３】
具体例として、アルミニウムの密度は２７００ｋｇ／ｍ３  であり、直径が３００ｍｍウェハの場合ウェハの表面積は、Ｓ＝（０．１５）２π（ｍ２）であり、 （Ｍ2−Ｍ1）＝０．１×１０−６ｋｇとすると、アルミニウムの膜厚はＴ＝０．５２ｎｍとなる。
【００４４】
また、直径が３００ｍｍの半導体ウェハにTiN膜を形成する場合、密度はρ＝５４００ｋｇであり、（Ｍ2−Ｍ1）＝０．１ｍｇとすると、膜厚Ｔは、Ｔ＝０．２６ｎｍとなる。
【００４５】
次に、ウェハの物理量として研磨処理における研磨量（研磨されたウェハの厚さ）の算出方法について説明する。研磨前のウェハの質量をＭ1とし、研磨後のウェハの質量をＭ2とする。また、ウェハの研磨された表面の表面積をＳとし、シリコンの密度をρ2とする。研磨されたウェハの研磨厚さ（研磨量）Ｐは以下の式で与えられる。
【００４６】
Ｐ＝（Ｍ1−Ｍ2）／（Ｓ×ρ2）
さらに、熱酸化処理によりシリコンウェハの表面に酸化シリコン膜を形成する場合のシリコン酸化膜の膜厚について説明する。熱酸化プロセスは以下の反応式で表される。
【００４７】
Ｓｉ＋Ｏ２→ＳｉＯ２
ここで、シリコンの分子量Ｍsiは、Ｍsi＝２８．０９ｇ／ｍｏｌであり、ＳｉＯ２  の分子量（Ｍsio）は、Ｍsio＝６０．０８ｇ／ｍｏｌである。形成されるＳｉＯ２  の質量は、処理前のウェハ質量をＭ1とし、処理後のウェハ質量をＭ2とすると、以下の式で表される。
【００４８】
（Ｍ1−M2）×{（Ｍsio）／（Ｍsio−Ｍsi）}
従って、ＳｉＯ２膜の膜厚Ｔは、ＳｉＯ２膜の密度をρとすると、以下の式で表される。
【００４９】
Ｔ＝ （Ｍ1−M2）×{（Ｍsio）／（Ｍsio−Ｍsi）}／（Ｓ×ρ）
ここで、ＳｉＯ２  の密度ρは２２１０ｋｇ／ｍ３であり、（Ｍ1−M2）＝０．１×１０−６ｋｇとすると、直径が３００ｍｍのシリコンウェハに形成したシリコン酸化膜の質量が０．１ｍｇの場合、ＳｉＯ２膜の膜厚Ｔは、Ｔ＝１．２ｎｍとなる。
【００５０】
すなわち、直径が３００mmのシリコンウェハに、熱酸化処理によりシリコン酸化膜を形成する場合、１．２ｎｍの分解能で膜厚を管理することが可能である。
【００５１】
次に、エッチングによる膜厚の変化について説明する。ウェハの表面積をＳとし、エッチング処理される面積の割合をＥとし、除去される材料の密度をρとし、エッチング処理前後のウェハの質量をＭ1及びＭ2とすると、膜厚の変化量Ｔは以下の式で表される。
【００５２】
Ｔ＝（Ｍ1−Ｍ2）／（Ｓ×Ｅ×ρ）
従って、エッチング処理により除去される面積が既知の場合、エッチング前後のウェハの質量変化を測定することにより、エッチング深さを計測することが可能である。
【００５３】
次に、本発明によるプロセスモニタ方法の別の実施例について説明する。図４は最小表示が０．１ｍｇの質量計を用いる質量測定装置が製造ラインに組み込まれた実施例を示す。図４（Ａ）は半導体製造装置とロードポートを示す斜視図であり、図４（Ｂ）は半導体ウェハをロードポートから半導体製造装置に移送するまで移送工程を説明する図である。尚、図１及び図２で用いた部材と同一の部材には同一符号を付して説明する。半導体製造装置１には、第１の移送室１０をフロントエンドモジュールとして設ける。第１の移送室１０には３台のロードポート２ａ〜２ｃが取り付けられている。第１のロードポート２ａには、プロセス処理される半導体ウェハの質量を計測するための計測用カセット４０を交換可能に装着する。計測用カセット４０は、ロードポートに装着可能な容器本体を有し、容器本体内に質量計４１が組み込まれた構造を有する。そして、質量計への半導体ウェハの装着及び脱着は、半導体製造装置に設けたハンドラにより行われるように構成されている。容器本体は、例えばFOUP の容器本体を用いることかでき、FOUPの容器本体内に質量計を組み込んだ構成とすることができる。質量計４１から出力される測定データは、信号線４２を介して信号処理回路６に出力する。第１のロードポート２ａと隣接する第３のロードポート２ｃには、処理すべきウェハが収容され、半導体ウェハを搬送するためのウェハ搬送容器（FOUP）４３が装着される。このウェハ搬送容器４３には、前段の半導体製造装置により所定の処理が施された半導体ウェハが収容されており、製造ラインに沿って移送されてきたものである。
【００５４】
ロードポートに到着したウェハ搬送容器４３に収容されている半導体ウェハは、第１の移送室１０内に配置したハンドラ１２によりウェハ搬送容器４３から取り出され、図４（Ｂ）に示す破線で示す経路に沿って移送する。ハンドラ１２は、垂直方向に操作可能であると共に水平面内において２次元移動操作及び回動操作可能である。ウェハ搬送容器４３のウェハを出し入れするための開口部を塞ぐ蓋はオープナにより開けられ、容器内に収容されている半導体ウェハはハンドラ１２により取り出される。ハンドラにより取り出された半導体ウェハは、計測用カセット４０の内部に移送され、質量計のウェハステージ上に配置される。そして、質量計測が行われ、測定が終了した後再びハンドラ１２により計測用カセット４０から取り出され、半導体製造装置１に移送される。
【００５５】
半導体製造装置において所定のプロセス処理が施されたウェハは、再びハンドラ１２により操作され、計測用カセット４０内に移送される。そして、処理後の質量が計測される。計測後、ハンドラ１２により計測用カセットから取り出され、ウェハ搬送容器４３内に移送される。その後、次の半導体ウェハがウェハ搬送容器４３から取り出され、同様に質量計測され、半導体製造１に移送される。このようにして、ウェハ搬送容器４３内に収容されている全て半導体ウェハについて質量計測及びプロセス処理が行われ、終了後ウェハ搬送容器は次段の半導体製造装置に移送される。
【００５６】
尚、計測用カセット４０内には、キャリブレーション用の質量が既知のダミーウェハを配置し、半導体ウェハの質量計測の前又は後にダミーウェハの質量を計測し、その測定データを信号処理回路に送信し、校正用のデータとすることができる。
【００５７】
図５は、図４に示すプロセスモニタ方法の実施手順を説明するフローチャートでる。ステップ１において、質量計が組み込まれている計測用カセット内に測定される半導体ウェハとほぼ同一の形状及びほぼ同一の質量を有するダミーウェハを収容し、半導体ウェハに対してプロセス処理を行う半導体製造装置の第１のロードポートに交換可能に装着する。
【００５８】
次に、コントローラの制御のもとでインラインで質量計測及びプロセス処理を開始する。測定すべき半導体ウェハが収容されているウェハ搬送容器は、前段の半導体製造装置から製造ラインにそって移送され、当該半導体製造装置の第２のロードポートに配置される（ステップ２）。
【００５９】
計測用カセット内に収容されているダミーウェハの質量を計測し、その測定データを信号線を介して外部に配置した信号処理手段に送信する（ステップ３）。尚、ダミーウェハの質量測定は必要に応じて行うことができる。
【００６０】
半導体製造装置に設けたハンドラを操作してダミーウェハをウェハステージから取り外す（ステップ４）。
【００６１】
ハンドラを操作してウェハ搬送容器内に収容されている処理すべき半導体ウェハを計測用カセット内に移送する（ステップ５）。
【００６２】
処理されるべき半導体ウェハの質量を計測し、その測定データ（第１の測定データ）を信号処理手段に送信する（ステップ６）
ハンドラを操作して、処理される半導体ウェハをステージから取り外してプロセス室内に移送する（ステップ７）。
【００６３】
プロセス室内において処理を行う（ステップ８）。
【００６４】
処理が終了した後、ハンドラを操作して処理された半導体ウェハをプロセス室から取り出し、計測用カセット内に搬入する（ステップ９）。
【００６５】
処理された半導体ウェハについて処理後の質量を測定し、計測された第２の測定データを第信号処理手段に送信する（ステップ１０）。尚、必要に応じて、続いてダミーウェハについて質量計測を行い、測定データを信号処理手段に送信することも可能である。
【００６６】
信号処理手段において、第１及び第２の測定データ並びにダミーウェハについての測定データを用いて半導体ウェハの物理量の変化を算出する（ステップ１１）。コントローラの制御記載のもとで、これらの手順を行うことにより各プロセスにおける半導体ウェハの物理量の変化をインラインで計測することができる。
【００６７】
図６は、本発明による質量測定装置の変形例を示す図であり、図６（Ａ）は上側壁を取り除いて示す線図であり、図６（Ｂ）は鉛直面で切って示す線図的側面図である。尚、図３で用いた部材と同一の構成要素には同一符号を付して説明する。本例では、ダミーウェハによる校正データの取得が容易に行われる構成を採用する。容器本体２０の上側壁２０ａに昇降機構として機能するシリンダ５０を取り付ける。シリンダ５０には、ダミーウェハ５１を吊り下げ支持する支持機構５２を連結する。支持機構５２は、３個の吊り下げアーム５３ａ〜５３ｃを有し、各吊り下げアームの先端にはダミーウェハ５１を保持するための保持用の爪５４ａ〜５４ｃを設ける。
【００６８】
第１のカバー２５には、３個の吊り下げアームが通過できる開口部を形成し、吊り下げアームが第１のカバーを通過できるように構成する。半導体ウェハの測定中、シリンダ５０は上方に位置し、ダミーウェハ５１はウェハステージ２４上に配置された半導体ウェハ２３よりも上方に位置する。次に、ウェハステージから半導体ウェハが取り外され、ダミーウェハ５１の質量を測定する場合、シリンダ５０が所定の距離だけ下降する。シリンダが下降すると、ダミーウェハ５１がウェハステージ２４上に位置し、ダミーウェハと吊り下げアーム５３ａ〜５３ｃの先端に形成した保持用の爪５４ａ〜５４ｃとの間の係合が解かれ、ダミーウェハ５１はウェハステージ２４上に装着される。この状態においてダミーウェハの質量を測定する。測定が終了した後、シリンダが上昇し、その途中においてステージ上に位置するダミーウェハを保持し所定の距離だけ上方に移動する。この状態において、次の半導体ウェハの質量測定が行われる。このように、吊り下げ機構を利用してダミーウェハを保持及び移送することにより、容易にダミーウェハのウェハステージへの装着を行うことができる。
【００６９】
本発明は上述した実施例だけに限定されず種々の変形や変更が可能である。例えば、上述した実施例では、既存のロードポートにおいて質量測定を行ったが、半導体製造装置に設けたハンドラが操作できる質量測定専用の質量計測ユニットを設け、質量計測ユニット内に質量計を組み込んで質量計測することも可能である。この場合、製造ラインにそって移送されてくるウェハ搬送容器内に収容されている半導体ウェハは、半導体製造装置のハンドラにより搬送容器から質量計測ユニット内に移送され、その質量が測定される。このように構成すれば、必要に応じて半導体製造装置のロードポートが配置される位置に後付けで質量測定専用の質量計測ユニットを設けることができる。尚、本発明において、第１のロードポートに装着された計測用カセット概念として、半導体製造装置のロードポートの配置位置に固定的に設けた質量計測ユニットが含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明によるプロセスモニタ方法が実施される半導体製造システムの一例を示す図である。
【図２】半導体製造装置の一例を示す図である。
【図３】本発明による搬送容器の一例を示す図である。
【図４】本発明による質量測定装置が製造ラインに組み込まれた状態を示す図である。
【図５】本発明によるプロセスモニタ方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】本発明による質量測定装置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００７１】
１  半導体製造装置
２ａ〜２ｃ  ロードポート  
３ａ，３ｃ  ウェハ搬送容器
４ａ〜４ｃ  ステージ
５ａ，５ｃ  信号線
６  信号処理手段
１０  第１の移送室
１１ａ〜１１ｃ  オープナ
１２  第１のハンドラ
１３  ロードロック室
１４  第２の搬送室
１５  第２のハンドラ
１６  プロセス室
１７  クーリング室
１８  アンロードロック室
２０  容器本体
２１  蓋
２２  質量計ユニット
２３，３１  ウェハ
２４  ウェハステージ
２５  第１のカバー
２６  第２のカバー
２７  第１の信号線
２８  コネクタ
２９  第２の信号線
３０ａ〜３０ｃ  ウェハ保持棚
３２  ダミーウェハ
【図１】
2010056108.tif 000003
【図２】
2010056108.tif 000004
【図３】
2010056108.tif 000005
【図４】
2010056108.tif 000006
【図５】
2010056108.tif 000007
【図６】
2010056108.tif 000008