(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハ基板を備える半導体ウェハの製造プロセスを監視するための装置であって、
前記ウェハを支持するよう構成されるウェハ支持部と、
前記ウェハ基板の複数の局所化された測定位置で前記ウェハ基板の振動を励起するよう構成される振動励起装置と、
前記ウェハ基板の振動を前記複数の局所化された測定位置で測定して前記複数の局所化された測定位置における前記ウェハの１つ以上の特性を判断するための測定装置を含み、 前記振動励起装置は、前記ウェハの対向する表面間に圧力差を形成するよう構成される圧力差アプリケータと、前記ウェハに振動を伝えるために前記ウェハ上の点と接触するよう構成される振動可能な接触プローブとのいずれかを含む、装置。
【請求項２】
前記ウェハ支持部および／または前記振動励起装置は、振動モードを制限するウェハ上の１つ以上の境界条件を規定するための接触要素を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記接触要素はウェハをその周囲の辺りでクランプ締めするよう前記ウェハ支持部上に構成される、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記接触要素は、ウェハの下側に接触してウェハの表面の独立して振動可能な局所化されたサブ領域を形成するよう構成される保護環を含む、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記保護環は真空クランプを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記振動励起装置は、前記ウェハに振動を伝えるために前記ウェハ上の点と接触するよう構成される振動可能な接触プローブを備え、前記接触プローブを前記複数の測定位置間で移送するための移動機構を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記移動機構は前記ウェハ支持部と前記プローブとの位置の関係を判断するよう構成される追跡装置を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
製造プロセスの１つ以上の処理ステップによって引起される半導体ウェハの質量分布の変化の監視を、測定されたウェハ振動に基づいて行なうよう構成されるプロセッサを含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記プロセッサは測定された振動を質量値に変換するよう構成される、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記プロセッサは、判断された質量分布における変化に基づいてウェハに対する非一様プロファイルを算出するよう構成される非一様プロファイル生成部を含む、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記ウェハ支持部は、実質的に水平の向きでその上に載置されるようウェハの外側縁部用の棚部を有するハウジングを含む、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記棚部は前記振動励起装置が動作可能であるアパーチャを規定する、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記ウェハ支持部はウェハを予め定められた向きで受けるようにされる、請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記測定装置は各測定位置で振動の時変パラメータを検出するよう構成される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
前記測定装置は非接触センサを含む、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
製造プロセス中で、ウェハ基板を備える半導体ウェハの質量分布を監視する方法であって、
前記ウェハをウェハ支持部上において支持するステップと、
前記ウェハ基板内で振動を励起するように振動励起装置を作動させるステップと、
前記ウェハ基板の複数の局所化された測定位置で、前記ウェハ基板の振動を測定するステップとを含み、
前記振動励起装置は、前記ウェハの対向する表面間に圧力差を形成するよう構成される圧力差アプリケータと、前記ウェハに振動を伝えるために前記ウェハ上の点と接触するよう構成される振動可能な接触プローブとのいずれかを含む、方法。
【請求項１７】
ウェハを振動させる前にウェハの領域に境界条件を適用するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
ウェハ処理の前後にとられる測定値を比較することにより質量分布差を得るステップを含む、請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
製造プロセス中で、ウェハ基板を備える半導体ウェハの質量分布を監視する方法であって、
前記ウェハ基板内で局所化された振動を励起するように振動励起装置を作動させるステップと、
ウェハ処理の前に前記ウェハ基板上の複数の測定位置で前記ウェハ基板の局所化された振動の周波数を測定するステップと、
前記ウェハを処理するステップと、
前記ウェハ基板内で局所化された振動を励起するように振動励起装置を作動させるステップと、
前記ウェハの処理の後に前記ウェハ基板上の複数の測定位置で前記ウェハ基板の局所化された振動の周波数を測定するステップと、
測定結果を比較するステップとを含み、
前記振動励起装置は、前記ウェハの対向する表面間に圧力差を形成するよう構成される圧力差アプリケータと、前記ウェハに振動を伝えるために前記ウェハ上の点と接触するよう構成される振動可能な接触プローブとのいずれかを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体ウェハの製造プロセスの監視のための測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロ電子デバイスはたとえば析出技術（ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤなど）および除去技術（たとえば化学的エッチング、ＣＭＰなど）を含む様々な技術を用いて半導体ウェハ上に製造される。半導体たとえばシリコンウェハはたとえばクリーニング、イオン注入、リソグラフィなどによってそれらの質量分布を変化させる態様でさらに処理されるかもしれない。これらの処理技術は、典型的には、質量分布の変化を、半導体ウェハの表面で、またはその表面上で引起す。表面への変化の構成は多くの場合装置の機能に極めて重大であり、したがって、品質管理目的のためにウェハを生産中に評価してそれらが正確な構成を有するかどうか判断することが望ましい。
【０００３】
いくつもの既存の測定技術が公知である。エッチング処理の場合、１つの公知の技術は、処理されたウェハを破壊し、その断面の詳細分析を実行することである。分析が、処理が成功したことを示す場合、検査された（破壊された）ウェハと同時に製造されたウェハのバッチも正確な構成を有すると仮定される。このプロセスの不利益は、破壊されたウェハは用いられ得ず、したがって、無駄になること、そして、バッチからのウェハが検査されるごとに、プロセスが典型的には中断される（すなわち製造が停止される）ことである。連続的生産はしたがって実現可能ではない。
【０００４】
他の公知の測定技術は、処理の種類またはその処理によって形成された材料の特性に依存する。たとえば、処理されたウェハは、それらが誘電体を含むとき、楕円偏光解析法を用いて測定され得、導電性金属がその上に堆積するとき、抵抗プローブを用いて検査され得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一般的に、この発明は、ウェハ上の１つ以上の測定位置で基板（たとえばバルクシリコンベース）の横振動を励起し測定することによって、１つ以上の処理ステップにより変化するかもしれない半導体ウェハの特性を表わす値の組を生成するよう構成される装置を提供する。この発明の理論は、ウェハ上の各振動位置をばね上の質量として扱う。ウェハ処理プロセス（たとえば析出またはエッチング）は質量分布をウェハにわたって、すなわち振動位置で変更し得る。測定された振動（たとえば周波数）の特性は質量を表わしてもよく、それらの特性の変化は質量の変化を表わし得る。
【０００６】
ここにおいて、ウェハの振動は、平衡（たとえば通常の静止）位置についての基板のすべてまたは一部の振動（オシレーション）である。
【０００７】
この発明の第１の局面によれば、半導体ウェハの製造プロセスの監視のための装置であって、ウェハを支持するよう構成されるウェハ支持部；ウェハを振動させるよう構成される振動励起装置；およびウェハ振動を１つ以上の測定位置で測定してウェハの１つ以上の特性を判断するための測定装置を含む装置が提供されてもよい。
【０００８】
正確な測定のため、振動する領域は十分に規定されることが望ましい。したがって、ウェハ支持部および／または振動励起装置は、振動モードを制限するウェハ上の１つ以上の境界条件を規定するための手段を含んでもよい。たとえば、ウェハは、その周囲の辺りで
クランプ締めされてもよく、それによって、振動励起装置はウェハ全体を振動させるよう構成され得る。代替的に、または加えて、ウェハ表面の局所化されたサブ領域が、外部的に適用された境界条件内に制限されることにより、独立して振動可能であってもよい。たとえば、保護環（好ましくは円形）が、ウェハの下側、すなわち回路またはチップ構成要素がその上に形成されないウェハの表面と接触して、接点で非振動の条件を形成してもよい。振動励起装置は保護環によって規定されたウェハ表面のサブ領域の振動を励起するよう構成されてもよい。サブ領域は、保護環の内部にあってもよく、または保護環の外部にあってもよい。
【０００９】
保護環は物理的（機械的）クランプを含んでもよいが、好ましくは、真空クランプを含んでもよい。１つ以上の境界条件を規定するための手段はウェハ支持部上にあたえられてもよい。それらは、ウェハ上に節（非振動条件）を形成するための点または線の支持部を含んでもよい。
【００１０】
同様に、振動励起手段は好ましくはウェハの対向する表面間に圧力差を形成するよう構成される圧力差アプリケータを含む。たとえば、一方の表面が正の圧力（たとえば大気圧以上）を受け、または反対側の表面が負の（たとえば真空）圧力を受けてもよい。圧力差は、好ましくは、それが適用される領域にわたってウェハを変形するよう選択され、したがって、圧力差が解放（または部分的に解放）されると、その領域はその固有の弾性特性により振動（オシレーション）（振動（バイブレーション））する。したがって、振動励起手段は、非接触態様で動作してもよい。
【００１１】
好ましくは、ウェハの振動する部分の下の空間の選択は、その共振（ヘルムホルツ）周波数が半導体ウェハの典型的な振動周波数からかけ離れるように行なわれる。
【００１２】
領域縁部境界条件を向上させるために、保護環は、それらが規定する境界内に、またはそれを取囲む真空井戸を規定してもよい。好ましくは、別個の真空源を振動励起および境界条件形成に用いる。
【００１３】
好ましくは、振動励起装置は複数の局所化された測定位置で振動を励起するよう構成される。したがって、たとえば振動を同時に測定するよう構成される複数の保護環があってもよい。代替的に、単一の保護環があってもよく、装置は保護環とウェハとの間における相対的な移動を制御して、異なる測定位置（領域）が順に励起されるように構成されてもよい。
【００１４】
好ましくは、装置は、製造プロセスの１つ以上の処理ステップによって引起される半導体ウェハの質量分布の変化を監視するよう構成される。ウェハの全質量の変化もこの技術を用いて検出し得る。
【００１５】
ここにおいて、ウェハ処理は、半導体ウェハの（通常は表面での）質量を変化させる任意のプロセスを包含する。好ましくは、ウェハ処理は、析出プロセス（ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤなど）およびエッチング（材料除去）プロセス（ウェットエッチング、ドライエッチングおよびＣＭＰを含む）を含む。
【００１６】
好ましくは、処理によって引起された質量差を検出し得るように、測定値はウェハ処理の前後にとられる。
【００１７】
検出された質量差は、たとえば予め定められた密度をウェハ処理層に割当てることにより質量差を厚み差に変換することによって、ウェハ処理層厚みにおける変動として示されてもよい。
【００１８】
この発明は、すべての種類のウェハ処理に適用可能な、ウェハの質量分布の監視のためのウェハ測定技術を提供するよう適合可能であってもよい。好ましくは、それは、処理されたウェハを壊す必要のない連続的プロセスで実現される。好ましくは、それは製品ウェハ上に実現される。
【００１９】
装置は、測定された振動を質量値に変換するよう構成されるプロセッサを含んでもよい。しかしながら、検出された振動自体のパラメータは監視に用いられるパラメータであってもよく、すなわちウェハ処理の成功は特定の検出されたパラメータにおける予め定められた変化によって表わされてもよい。
【００２０】
ウェハの縁部における質量の変化についての情報を得ることは望ましいかもしれず、というのも、ここが典型的には最大の誤差が生じ得るところであるからである。したがって、振動励起装置は、ウェハの中央の領域を拘束し、周辺の領域を振動させるよう構成されてもよい。
【００２１】
上に述べられた非接触振動励起装置が好ましいが、代替的構成では、振動励起装置はウェハの表面と接触してもよい。こうして、ウェハにおける振動は、たとえば機械的に振動する部材の接触を通じて、または音響結合を通じて、直接生成され得る。
【００２２】
ウェハ支持部は、好ましくは、振動周波数に影響するかもしれない内部応力または歪みをウェハ上にあたえることなくウェハを支持するよう構成される。好ましくは、ウェハ支持部は、その上に載置されるようウェハの外側縁部用の棚部を有するハウジングを含む。棚部は真空クランプまたは他の境界条件規定手段を含んでもよい。ハウジングは好ましくは実質的に水平の向きでウェハを支持するよう構成される。
【００２３】
棚部は、たとえば圧力（非接触）によって、またはウェハの下側と接触するよう挿入することができる物理的なプローブによって、振動励起装置がそれを介して作用してもよいアパーチャを規定する。
【００２４】
典型的には、半導体ウェハは実質的に円形の形状を有し、したがって、ウェハ支持部は、ウェハの周囲を支持するための環状の棚部を好ましくは有する。
【００２５】
この出願に記載された半導体ウェハは従来のものであってもよく、典型的には、たとえば基板の１つ以上の表面上においてさまざまな材料を析出またはエッチングすることをともなう処理を受ける基板層を含んでもよい。シリコンを基板の製造の中で用いてもよい。好ましくは、振動励起装置は基板において振動を引起すよう構成される。
【００２６】
振動励起装置は、ウェハに振動を伝えるためにウェハ上の点と接触するよう構成される振動可能な接触プローブを含んでもよい。振動可能な接触プローブは測定位置のうちの１つに置くことが可能であってもよく、振動励起装置は、好ましくは、プローブをウェハと接触させるための手段を含む。振動励起装置は、振動可能な接触プローブに接続され横振動をプローブを通してウェハに伝えるよう構成される駆動機構を含んでもよい。
【００２７】
各測定位置にあたえられる接触プローブがあってもよい。代替的に、振動励起装置はたとえば単一の接触プローブを複数の測定位置間で移送するための移動機構を含んでもよい。こうして、振動は、各測定位置において順次励起されてもよい。好ましくは、移動機構は追跡装置を含み、したがって、ウェハ支持部とプローブとの間（したがって支持されたウェハとプローブとの間）の位置的関係を正確に判断し得る。
【００２８】
好ましくは、ウェハ支持部はウェハを予め定められた向きで受けるようにされる。これにより、ウェハ全体に関する、またはウェハの表面上の形成されたパターンに関する振動励起装置の位置を知ることが可能になってもよい。たとえば、ウェハ支持部は、ウェハに形成されたノッチにおいて受入れ可能な突起を有してもよい。代替的に、または加えて、ウェハ支持部上のウェハの整列は調整可能であってもよく、たとえば、たとえばウェハ上に形成された、または部分的に形成されたパターンを、予め定められた向きまたは位置に位置決めすることにより（すなわち予め定められた向きまたは位置でウェハトポグラフィを用いて）微調整されてもよい。ウェハの整列は、１つ以上の処理ステップの前後でとられる測定が同じウェハ上の同じ位置で生じることを確実にし得る。
【００２９】
追跡機構は、２次元の線形目盛（たとえばｘｙ座標）または２次元の放射状系統（たとえばｒθ座標）に基づいてもよい。
【００３０】
測定位置の数および構成は必要とされる測定の詳細によって選択されてもよい。好ましくは少なくとも５つの、より好ましくは９つ以上の局所化された測定位置がある。たとえば、複数の測定位置が以下の構成のうちの１つにおいてあたえられてもよい：
・５点（中心に１つ、縁部の近くに「＋」形状に４つ）、
・９点（上記に加えて、「＋」の各腕部に沿って半分のところにさらに４点）、または
・複数の点（をたとえば直交する格子パターンに配して）ウェハ全体の領域のマップをあたえる。
【００３１】
好ましくは、測定装置は各測定位置で振動の時変パラメータを検出するよう構成される。好ましくは、測定装置は時間にわたるウェハの変位または振動の周波数を検出するよう構成される。さらに、他の測定法も実現可能であり、たとえばその振動の間にウェハの速度または加速を測定する。
【００３２】
測定装置は、非接触センサ、たとえばウェハの反射面に入射する光またはレーザビームの反射を検出するようにされた干渉もしくは容量性センサ、または好ましくは光学もしくはレーザ三角測量センサを含んでもよい。振動の間に、ウェハの撓みは好ましくは反射を偏向させる。こうして、１つの検出方法は、予め定められた領域を通過する偏向された光の周波数を検出し、それによって振動の周波数が判断されることを含んでもよい。検出の別の方法は時間にわたるウェハの１つ以上の部分の変位の変動を検出することを含んでもよい。１つの実施例では、ウェハ全体を振動してもよく、ウェハの変位の時間変動を１つ以上の測定位置で検出してもよい。次いで、振動の正規モードをフーリエ解析を用いて逆コンボリュートしてそれらの振動の周波数を得てもよい。
【００３３】
代替的には、測定装置は、ウェハ上の点と各測定位置で接触し、振動励起装置によって励起されるウェハにおける振動を測定するよう構成される接触プローブを含んでもよい。接触プローブは、振動が励起された後ウェハに接触させてもよく、または振動が生じつつあるときにすでに適所にあってもよい。測定装置接触プローブおよび振動可能な接触プローブは二重の機能性をともなう単一のプローブとして形成されてもよい。単一のプローブはしたがって２つの動作モードを有してもよい：第１の（振動）モードでは、プローブはウェハに接触し、振動をそれに伝え、第２の（測定）モードでは、プローブは振動を停止し、代わりにウェハの振動を測定する。この場合、測定装置は接触プローブを測定位置間で移送するために上記したものと類似の移動機構上に取付けられてもよい。測定装置および振動励起手段は同じ移動機構を共有してもよい。
【００３４】
本装置は各測定位置の位置に関する情報と各測定位置での振動に関する情報とを受けるよう構成される評価装置を含んでもよい。たとえば、非接触センサによって検出された、時間にわたる測定位置の変位を評価装置にあたえてもよい。評価装置は測定された周波数
値から質量分布を判断するよう構成されてもよい。
【００３５】
好ましくは、処理ユニットは、判断された質量分布（または質量分布における差）に基づいてウェハに対する非一様プロファイルを算出するよう構成される非一様プロファイル生成部を含む。
【００３６】
算出された質量分布差は、予め定められた密度をウェハまたは各測定位置におけるウェハの領域に割当てることにより、概念的な厚みに変換されてもよい。プロファイルはウェハの予め定められた点に対する厚み値の組を含んでもよい。たとえば、ウェハの２つの垂直な径にわたる“＋”構成に構成される５つまたは９つの点に対する厚み値があたえられてもよい。
【００３７】
非一様プロファイル生成部は、算出された質量分布の視覚的表現を生成するよう構成されてもよい。
【００３８】
別の局面では、この発明は製造プロセス中において半導体ウェハの質量分布を監視するための方法であって、ウェハをウェハ支持部上において支持するステップと；ウェハを振動させるステップと；振動を１つ以上の測定位置で測定するステップとを含んでもよい。たとえば、振動の周波数を検出してもよい。代替的に、振動の測定を、測定位置におけるウェハの、時間にわたる変位を検出することによって行なってもよい。
【００３９】
上で説明したように、振動は、境界条件（たとえば振動上の制限）をウェハの異なる領域に適用することにより、好ましく局所化される。
【００４０】
好ましくは、この方法は、ウェハ処理の前後にとられる測定値を比較することにより質量分布差を得ることを含む。この方法は、ウェハ処理の前に、局所化された振動の周波数を基板上の複数の測定位置で励起し測定するステップと、ウェハ処理の後に、局所化された振動の周波数を基板上の複数の測定位置で励起し測定するステップと、それらの測定結果を比較するステップとを含んでもよい。
【００４１】
この発明のある例を以下に詳細に添付の図面を参照して記載する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の原理を概略的に示す。
【図２】振動を励起するようウェハの測定領域を変形する原理を示す。
【図３】この発明の実施例である測定装置の側面図である。
【図４】この発明の別の実施例である測定装置の概略図である。
【図５】真空クランプを通る断面領域を示す。
【図６】ウェハ支持部および振動を励起するための複数の真空シンクを示す。
【図７（ａ）】ウェハ支持部上のウェハを通る断面図を示す。
【図７（ｂ）】ウェハ支持部上のウェハを通る断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
詳細な記載；さらなる選択肢および選好
図１はこの発明の原理を示す。シリコン基板１０は半導体ウェハを製造するよう処理に好適であるよう製造される。この処理は、典型的には、半導体材料の層の物理的または化学的析出のあと、選択肢的に続いてそれらの層をエッチングしてたとえばパターニングされた表面を形成することを含む。図１の左側は処理前のシリコン基板１０を示す。力１２を加えて、基板１０の測定領域１１を変形させる。力１２が解放されると、基板１０の固有の弾性により、振動１４ａは測定領域１１において伝搬する。図１の右側は処理後のシ
リコン基板１０を示し、それは、それの上面１３に堆積する半導体材料の層１６を含む。力１２は同じ測定領域を同一の態様で変形するようあたえられ、それにより、振動１４ｂが基板１０において励起される。処理された基板１０において励起される振動１４ｂの周波数は、処理されていない基板１０において励起される振動１４ａの周波数とは異なる。この差は測定領域１１における質量における変動に関係する。
【００４４】
複数の振動周波数測定をウェハ上の１つ以上の測定領域において処理の前後にとることにより、処理により引起されるウェハの質量分布における変動を表わす測定値の組が得られ得る。これらの測定値を、次いで、処理および／または外挿して、当該の基板に対し、非一様マップを形成する。
【００４５】
この理論を説明するため、測定領域１１が円形である場合を考える。図２は、ウェハ１０上の円形の測定領域１１がウェハ支持部１８によって規定される、ウェハ１０を通る断面図を示す。測定領域１１におけるウェハ１０の部分は柔軟性のある振動板として考えられ得る。そのような振動板に対する振動（オシレーション）の周波数ｆは以下のように表現されてもよい：
【００４６】
【数１】
0005495207.tif 000002
【００４７】
ここで、ｋは振動モード定数（示される振動板に対して＝０．４６７）、ｔはウェハの厚み、Ｒ0は測定領域（振動可能な振動板）の半径、Ｅはウェハのヤング率、ρはウェハの密度、ｖはポアッソン比である。したがって明らかに測定領域の質量ｍと周波数との間にはある関係があり、なぜなら、ｍはおよそ
【００４８】
【数２】
0005495207.tif 000003
【００４９】
であるからである。
圧力差Ｐがウェハの測定領域にわたってかけられる場合、振動板の初期変形Ｙは以下のように表現され得る：
【００５０】
【数３】
0005495207.tif 000004
【００５１】
この初期撓み距離および圧力が解放された後に起こる振動の周波数は、処理前後の測定領域の単位面積Ｍ（＝ρｔ）についての質量の直接比較をあたえるよう測定され得、なぜなら、同じ圧力差Ｐが前後においてあたえられるとき、等式１および３は以下をあたえるよう操作され得るからである：
【００５２】
【数４】
0005495207.tif 000005
【００５３】
ここで、下つき添字１および２はそれぞれ処理の前後にとられた測定値を示す。
図３は処理された半導体ウェハにおいて振動の周波数を測定するための装置を示す。図１に示されるように、処理された半導体ウェハは、半導体材料の堆積物１６をそれの上面１３上にともなうシリコン基板１０を含む。ウェハは水平の向きにおいてウェハ支持部１８上に保持され、ウェハ支持部１８は、ウェハの周縁部が上に載る、突出する棚部１９を含み、棚部１９は支持部１８を通るアパーチャ２４を規定し、それにより、ウェハの測定領域１１を露出させる。棚部は、以下に説明されるように、ウェハ周縁部を振動に対して拘束するために真空ポンプ（図示せず）と連通していてもよい。
【００５４】
支持部１８は振動励起装置２５がその上に可動に取付けられる表面２０の上に配置される。振動励起装置２５はプローブ２８を含む。プローブ２８は上方に向かって支持部１８に向かって延び、接触先端２６を有する。接触先端２６は、ウェハが支持部１８上において支持されるとき、アパーチャ２４を通ってウェハの下側に接触する。プローブ２８はドライバ３０上に取付けられ、ドライバ３０は、接触先端２６を測定領域１１におけるある点に対して押付けて、基板１０を変形させるよう構成される。ドライバ３０は次いでプローブ２８をすばやく後退させて、それにより、基板を振動（オシレーション）させる。
【００５５】
周波数検出器（図示しないが、以下で論ずる）が、振動の周波数を検出するよう構成される。この周波数を質量分布を示すパラメータとして用いて、たとえばウェハに対する非一様マップを形成し得る。
【００５６】
振動励起装置２５は移動機構３２上に取付けられ、移動機構３２は表面２０上を２次元に可動であり、接触先端２６を基板１０の下側の異なる点に触れさせて、たとえば異なる振動のモードを引起す。移動機構３２は位置判断装置（図示せず）を有し、それは、基準点２２に対するそれの位置を正しく算出できる。基準点２２は支持部１８に関して固定される。支持部１８はウェハ１０に形成されるノッチに公知の態様で固定する突起（図示せず）を含み、ウェハ１０を支持部１８に整列させる。このように整列されると、ウェハは、次いで、回転または並進して、振動励起装置に関して所望の位置に入り、それによって、ウェハ１０の下側上に対する接触先端２６の位置が正確にわかる。これは、同じ振動モードを処理の前後に励起して、前後の振動周波数の比較がなされ得ることを意味する。
【００５７】
図４は、この発明の別の実施例である、半導体ウェハの質量分布変化を監視するための装置４０を示す。装置４０は上側縁部４６により規定される開いた頂端部４４を有する円筒形のチャンバ４２を含む。このチャンバが完全に閉じるのは、ウェハまたはウェハの一部（図示せず）が開いた頂端部の上にあるときである。この実施例では、チャンバ４２の上にあるウェハの部分が、その振動の周波数が検出されることになる測定領域である。チャンバ開口の直径はしたがって、測定するのに望ましい測定領域のサイズにしたがって選択されてもよい。その直径はウェハの直径に実質的に等しくてもよく、または、たとえば複数の測定値がウェハの表面上でとられる場合には、１ｃｍと小さくてもよい。
【００５８】
測定領域は上側縁部４６をウェハにクランプ締めして非振動境界条件を形成することにより規定される。この実施例では、クランプ締めは、ウェハの対抗する表面間の残留圧力差を維持することにより達成される。図５は上側縁部４６を通る断面図を示す。鳩尾状溝４８が縁部に形成される。溝４８は変形可能なＯリング（図示せず）を保持する。Ｏリングは、たとえば、ウェハがそれに対して残留圧力差により封止される成型されたパーフルオロエラストマーから形成される。
【００５９】
チャンバ４２はそれの内部を排気真空ポンプ（図示せず）にバルブ５２を介して接続する第１の出口５０を有する。真空ポンプは、ウェハが開口４４上に位置するとき、ウェハ
の対向する表面間に圧力差を形成するよう動作可能である。残留圧力差はこのようにして維持される。しかしながら、真空ポンプは圧力差を増加させてウェハを弾性的に変形し得る。
【００６０】
チャンバ４２内の圧力は圧力センサ５４によって監視される。
測定領域の振動を励起するため、固定された容量５６がチャンバ４２の第２の出口５７に切換え可能なバルブ５８を介して流体的に接続可能である。固定された容量５６は、切換え可能なバルブ５８が閉じられるとき、バルブ６０を介して大気圧に晒され得る。振動は、切換え可能なバルブ５８を開くことにより、制御可能かつ反復可能な態様で励起され得、固定された容量が（たとえば大気圧で）排気されたチャンバ４２と連通することを許す。結果として得られる圧力パルスはウェハの測定領域を振動（オシレーション）させる。
【００６１】
振動の周波数は周波数センサ６２によって検出され、それはこの実施例ではチャンバ４２の内側に示される。周波数センサ６２は任意の公知の種類のもの、たとえば三角測量レーザ距離センサまたは光学焦点センサであってもよく、ウェハの下側から（反射ビーム６６として）反射する放射の入射ビーム６４（たとえば光またはレーザビーム）が、センサにおける特性を、ビームが伝わる距離が変わるとともに変化させる。センサ６２は、さらに、初期変形距離に対して値を検出してもよい（上記等式におけるＹ）。実際、圧力差は、同じ振動条件があてはまることを確実にするよう、処理の前後にとられる測定値に対しＹが同じであるように変えられてもよい。これは、ウェハ処理により引起されるばね定数ｋまたはヤング率Ｅにおける任意の変化を補償してもよい。代替的に、同一の圧力に対する撓みにおける変化を検出してもよい。
【００６２】
図４のチャンバ４２は、ウェハ上の複数の測定領域が振動されるようにされてもよい。図６はそのような実施例の例を示す。チャンバ４２の開いた端部はプラグ７０によって部分的に閉じられる。プラグ７０は、チャンバそれ自体内に開口する５つのアパーチャ７２を規定する。各アパーチャは、効果的に、図４を参照して上に記載される上側縁部４６を規定する境界条件のより小さいものである。このように、各アパーチャ７２の縁部７４は、その上にあるウェハの表面をクランプ締めして、アパーチャ７２の上の振動可能な測定領域に境界をつける非振動境界条件を規定するよう構成される。縁部７４は高真空保護環（真空クランプ、以下に記載される）もしくは鳩尾状溝（上記される）であってもよく、または比較的高真空がそれを介して作用してウェハを装置上の適所に維持する小さいシャワーヘッド穴を含んでもよい。
【００６３】
単一の装置において測定値に対し複数のアパーチャを有することは、測定動作の速度を速め得る。各アパーチャはそれ自体の周波数センサを有して、たとえば測定領域の２つ以上に対する同時の振動および周波数検出を可能にしてもよい。代替的に、単一の周波数センサがすべてのアパーチャに対して働いてもよい。たとえば、センサはチャンバの基部において可動であってもよい。測定領域はしたがって順次測定されてもよく、測定値間においてウェハを装置に対して再位置決めする（つまりクランプ真空を解放する）必要が無いので時間が節約される。
【００６４】
図７（ａ）および図７（ｂ）は図６に示される実施例に対する真空クランプを示す。ウェハ１０はアパーチャ７２の縁部７４上に下げられる。縁部７４は環状の正方形溝７６がそれの上面７８に形成される。上面７８は剛性の材料である。溝７６は、溝７６のところにあるウェハの対向する側面間において強い圧力差（たとえば５０ｔｏｒｒまで、たとえば６．７×１０3Ｐａ）を形成する真空ポンプ（図示せず）と流体連通状態にあり、それによりウェハ１０をクランプ締めする。
【００６５】
図７（ｂ）は負の圧力がアパーチャ７２の下でかけられる状態でウェハ１０が縁部７４に固定されるのを示す。したがってウェハ１０の測定領域１１の対向する側部に圧力差がある。この圧力差はウェハ１０を測定領域１１で変形させる。振動を、圧力差を除去する（または少なくとも部分的に低減する）ことにより励起してもよい。
【図１】
0005495207.tif 000006
【図２】
0005495207.tif 000007
【図３】
0005495207.tif 000008
【図４】
0005495207.tif 000009
【図５】
0005495207.tif 000010
【図６】
0005495207.tif 000011
【図７Ａ】
0005495207.tif 000012
【図７Ｂ】
0005495207.tif 000013