(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハの質量を測定する方法であって、
ウェハを第１の計量器の検知素子上に配置するステップを含み、前記第１の計量器の前記検知素子はファラデー遮蔽部の内部に位置し、前記ファラデー遮蔽部は接地に接続されるとともに第２の計量器の検知素子上に位置し、これにより、前記ファラデー遮蔽部の重量は前記ウェハの重量と独立して測定可能であり、前記方法はさらに、
前記ウェハが前記ファラデー遮蔽部の内部に配置されると、前記第２の計量器によって示される前記ファラデー遮蔽部の測定重量の変化を求めるステップと、
前記第２の計量器上に記録された前記測定重量の変化を用いて、前記第１の計量器によって示される前記ウェハの測定重量を修正するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記ファラデー遮蔽部において、大気によって前記ウェハに作用する浮力について補償するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ウェハを前記ファラデー遮蔽部の内部に配置する直前に、前記第２の計量器によって示されるファラデー遮蔽部の基準測定重量を得るステップを含み、前記ファラデー遮蔽部の測定重量の変化は、前記ウェハが前記ファラデー遮蔽部の内部に配置された後で前記第２の計量器によって示される重量と前記基準測定重量との差を計算することによって求められる、請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ウェハの測定重量は、前記第２の計量器によって示される測定重量の求められた変化を、前記第１の計量器によって示される前記ウェハの測定重量から差し引くことで修正される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
接地に接続された２つの平行な導電板同士の間で実質的に等距離に前記ウェハを位置決めするステップを含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
半導体ウェハの質量を測定するための装置であって、
ウェハの重量を測定するための第１の計量器と、
前記ウェハを測定の間に格納するためのファラデー遮蔽部と、
前記ウェハが前記ファラデー遮蔽部に格納される際に、前記ファラデー遮蔽部の重量を前記ウェハとは独立して測定するための第２の計量器とを有する、装置。
【請求項７】
前記装置はチャンバに封入され、かつ前記チャンバにおいて、大気によって前記ウェハに作用する浮力を求めるよう構成される監視手段を含む、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の計量器は、前記ウェハを重量測定の間に支持するための計量パンを含み、前
記計量パンは、電気的に絶縁性の材料から形成されるか、または電気的に絶縁性の材料から形成される表面層を有する、請求項６または７に記載の装置。
【請求項９】
ウェハの重量が前記第１の計量器によって測定される際にウェハから等距離に配置可能である、接地に接続される２つの平行な導電板を含む、請求項６から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
ウェハの重量が前記第１の計量器によって測定される際にウェハの周辺部の周りに配置可能である、接地に接続される導電性の保護リングを含む、請求項６から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
半導体ウェハの質量を測定する方法であって、
ウェハを計量器上に配置するステップと、
前記ウェハの中または上の静電荷を測定するステップと、
測定される静電荷と前記計量器が受ける重量誤差力との間の所定の相関を用いて、前記計量器が測定する前記ウェハの重量を修正するステップとを含む、方法。
【請求項１２】
前記静電荷は、前記ウェハの電荷によって作り出される電場の強度を測定するよう動作可能である電荷計によって測定される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
半導体ウェハの質量を測定するための装置であって、
ウェハの重量を測定するための計量器と、
前記ウェハの中および／または上の静電荷を測定するための電荷計と、
前記電荷計によって測定される静電荷と前記計量器が受ける重量誤差力との間の所定の相関を用いることにより、前記計量器によって測定される前記ウェハの重量を修正するよう構成されるプロセッサとを有する、装置。
【請求項１４】
半導体ウェハの質量を測定する方法であって、
ウェハを計量器の検知素子上に配置するステップと、
前記ウェハと、接地に接続された、前記ウェハに平行な板との間の距離を変動させて、前記接地に接続された板と前記ウェハとの間の静電力を変化させるステップと、
前記計量器によって示される重量測定値と、前記ウェハと前記接地に接続された板との間の距離との間の関係を求めるステップと、
前記関係に基づいて、前記静電力について補償する重量測定値を得るステップとを含む、方法。
【請求項１５】
半導体ウェハの質量を測定するための装置であって、
ウェハの重量を測定するための計量器と、
前記ウェハと平行に配置可能な、接地に接続された板とを有し、前記接地に接続された板は、前記接地に接続された板と前記ウェハとの間の距離を変動させて前記接地に接続された板とウェハとの間の静電力を変化させるよう移動可能であり、前記装置はさらに、
前記計量器によって示される重量測定値と、前記ウェハと前記接地に接続された板との間の距離との関係を求めるとともに、当該求めた関係を用いて、静電力について補償する重量測定値を得るよう構成されるプロセッサを有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体ウェハ計測に関する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
超小型電子装置は、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ウェハ上に製作される。たとえばシリコンの半導体ウェハは、たとえば洗浄、イオン注入、およびリソグラフィなどによって、ウェハの質量を変化させる方法でさらに処理され得る。これらの処理技術によって典型的に、半導体ウェハの表面においてまたは表面上で質量が変化する。表面に対する変化の構成は装置の機能にとってしばしば非常に重要であるため、ウェハが正確な構成を有しているか否かを判断するために生産時にウェハを評価することが品質管理のために望ましい。
【０００３】
公知の測定技術は、ウェハ処理の種類または処理によって作られる材料の性質に依存し得る。たとえば、処理済みウェハは、誘電体を含む場合は偏光解析法を用いて測定され得るか、またはウェハの上に導電性金属が形成される場合は抵抗率プローブを用いて検査され得る。
【０００４】
ＷＯ  ０２／０３４４９は、ウェハの質量変化を算出してウェハのさまざまな性質を評価する、たとえばウェハの製作を監視できるようにする、半導体ウェハを調べるための装置および方法を開示している。質量測定値を得る一般的な方法は、非常に高感度の力センサを用いて、重力による力（重量）を測定することである。中レベルの精度では、この力はウェハの質量のみによるものであるとみなされ得る。しかし、より高レベルの精度が必要である場合は、他の力を考慮する必要があり得る。
【０００５】
１つのそのような力（ＷＯ  ０２／０３４４９に開示されている）は、大気浮力によって生じる。半導体計測において、半導体ウェハは通常は大気中（すなわち真空ではない）で測定される。したがってウェハはこの大気の体積を変位させ、これによって上向きの推力が生じる。上向きの推力は大気（空気）密度に依存し、この密度は温度、大気圧、相対湿度および空気組成を含む多数の要因に依存する。上向きの推力は、力センサが検出するウェハの見掛け重量を減少させる。
【０００６】
ＷＯ  ０２／０３４４９は、大気浮力の影響を補償または修正する方法を開示している。温度、圧力および相対湿度を監視するためのセンサが設けられる。プロセッサはこれらのセンサから測定値を受け、それらを用いて空気密度を計算し、空気密度を用いて対応する重量測定において浮力を補償することができる。プロセッサは、重量測定およびウェハに関する密度情報とともに、計算された空気密度から浮力を計算することができる。
【０００７】
本発明は、ＷＯ  ０２／０３４４９に開示される測定技術を元に構築され得る。本発明者は、大気浮力が除去されるか、または好適に補償されるウェハの高感度な質量測定を行なう際、他の（典型的により小さい）誤差が顕著になることに気付いた。たとえば、そのような誤差は、ウェハの周りの大気の移動（気流）による圧力効果によって、およびウェハ上または周囲の材料上の電荷による静電力によって生じ得る。ＷＯ  ０２／０３４４９は、これらの効果は大気浮力に比べると小さいものであると述べ、重量測定をハウジング（計量チャンバ）内で行なうことによってそれらの効果を制限することを提案した。チャンバは、気流の効果を減少させるために小さな空間を提供することと、静電力の効果を減少させるために周囲材料をウェハから十分間隔を空けて配置することのバランスを取るようにサイズ決めされた。これらは相反する要件である。本発明は、両方の効果を減少させることが可能な解決策を提案する。
【０００８】
静電引力は、ウェハと周囲材料（たとえば筐体の壁）との間に電位差があると生じる。静電荷の大きさは、５〜１０Ｖから数キロボルトの範囲になり得る。ウェハでは、電荷はその表面上またはその本体（基板）の内部に存在し得る。後者の場合、電荷は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物などの絶縁被覆層によって閉じ込められ得る。電荷は、たとえば以前に行われた処理または製作工程、トライボロジー、接触帯電などのさまざまな手段によって生じ得る。静電気を減少させる方法としてイオン化装置が以前に提案された。しかし、イオン化装置は表面電荷を中和することしかできず、不平衡な陽および陰イオン流をしばしば有するので残留電荷を残す。そのため、イオン化装置には制限がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明の要約
もっとも包括的には、本発明は、半導体ウェハにおいて大気浮力が補償された重量の力の測定値に対する静電力の影響を修正することを提案する。大気浮力について補償することは、大気浮力の影響を除去するステップをとることを含み得る。
【００１０】
半導体ウェハは典型的に薄いディスク（たとえば直径２００または３００ｍｍおよび厚み１ｍｍ）である。つまり、静電力の大部分はウェハの平面に対して垂直に作用し、たとえば、チャンバの壁とウェハとの間の静電力は、平行板キャパシタ内の板同士の間の力に例えることができる。したがって、本発明の一局面は、静電力をこの方向に絶縁および検出することと、それに従って重量の力の測定値を調節することとを含み得る。封入されれたウェハの中または上の電荷によってチャンバの壁に作用する静電力は、当該チャンバの壁によってウェハに作用する静電力と等しいが反対である。
【００１１】
したがって、本発明の第１の局面は、半導体ウェハの質量を測定する方法を提供し得る。この方法は、ウェハを第１の計量器の検知素子上に配置するステップを含み、検知素子は接地に接続されたファラデー遮蔽部の内部に位置し、ファラデー遮蔽部は第２の計量器の検知素子上に位置し、これにより、ファラデー遮蔽部の重量はウェハの重量と独立して測定可能であり、当該方法はさらに、ウェハがファラデー遮蔽部の内部に配置されると第２の計量器によって測定されるファラデー遮蔽部の測定重量の変化を用いることによりウェハの質量を求めて、第１の計量器によって測定されるウェハの重量を修正するステップを含む。検知素子は、重量の力を計量器における力センサに送るよう構成される（たとえば接続された）計量パンのような重量ステージであってもよい。第１および第２の計量器における力センサは好ましくは、修正が引算によってなされ得るように同じ方向に作用する。
【００１２】
ウェハの質量を求めるステップはさらに、ファラデー遮蔽部において、大気によってウェハに作用する浮力について補償するステップを含んでもよい。大気浮力の影響についての補償または除去は、ＷＯ  ０２／０３４４９に開示される方法、またはＵＳ  ５６２５１７０に開示されるように基準ウェハを用いること、真空もしくは他の制御された環境を用いること、たとえば既知の組成、温度、圧力などを有するガスでチャンバをパージするといったような任意の他の好適な方法によってなされてもよい。
【００１３】
ウェハがファラデー遮蔽部の内部に配置されると、ウェハの中または上の静電荷に等しい電荷が当該遮蔽部の内側表面に誘導される。ファラデー遮蔽部は接地に接続されているので、遮蔽部の外にはウェハによる電場は存在しない。ファラデー遮蔽部は、その重量がウェハと独立して測定され得るように（すなわち、第１の計量器上の質量が、重量の力を第２の計量器に作用させないように）第２の計量器上に存在する。しかしながら、ファラデー遮蔽部において電荷が誘導される場合、ウェハおよびファラデー遮蔽部の各々は、それらの間の電場による等しいが反対の静電力を受ける。この力は、ウェハの静電荷を示す。この力は、（第２の計量器によって測定される）ファラデー遮蔽部の重量の測定可能な変化を引き起す。この重量の変化は当該静電力によるものである。したがって、ウェハを遮蔽部内に配置することにより引き起されるファラデー遮蔽部の重量の変化を測定することが、ウェハの中または上の静電荷によって引き起される力を絶縁する方法である。この力は、ウェハに作用する力と等しいが反対であるので、当該静電荷についての補償が行なわれ得る。
【００１４】
大気浮力についての補償は、ＷＯ  ０２／０３４４９に開示または上で記載される方法のいずれでも達成することができる。重量が約１２８ｇの典型的な３００ｍｍのウェハは、約４５ｍｇに相当する浮力を受け得る。この力の大きさは、比較的短い時間にわたって１０〜２０％（すなわち４〜６ｍｇ）変化し得る。
【００１５】
本発明の第２の局面は、半導体ウェハの質量を測定するための装置を提供し得る。この装置は、ウェハの重量を測定するための第１の計量器と、ウェハを測定の間に格納するためのファラデー遮蔽部と、ファラデー遮蔽部の重量をウェハとは独立して測定するための第２の計量器とを有する。この装置は、チャンバにおいて、大気によってウェハに作用する浮力を求めるよう構成される監視手段を含んでもよい。
【００１６】
監視手段は、チャンバ内の温度、圧力、および湿度を求めるよう構成される温度モニタ、圧力モニタ、および湿度モニタを含んでもよい。
【００１７】
圧力モニタは、８００〜１２００ｍｂａｒの絶対値の範囲にわたって０．４％よりも高い精度を有する圧力センサを含んでもよい。温度感度は、０．０２％／℃未満であってもよい。反応時間は、２００ｍｓ未満であってもよい。温度モニタは、０．２℃よりも高い精度および１０秒未満の反応時間を有する温度センサを有してもよい。湿度モニタは、２％よりも高い精度および１分未満の反応時間を有する湿度センサを含んでもよい。
【００１８】
計量器の各々は０〜１６０ｇの範囲にわたって０．０１ｍｇの判読率を有してもよい。３００ｍｍよりも大きいウェハについては、この範囲はウェハの公称重量に基づいて拡大され得る。計量器は、０．０３ｍｇよりも高い繰返し精度および１／１０６／℃未満の温度感度ずれを有してもよい。チャンバはヒータを含み得、チャンバの内部は実質的に一定の温度で、たとえば＋／−０．１℃以内に維持され得る。加熱されると、筐体は好ましくは周囲温度の５℃以内に維持される。さらに、温度変化の速度は、たとえば０．５℃／ｈｒ未満に制限されるといったように制御されてもよく、これにより、確実に測定環境による温度は実質的に等しくなる、すなわち温度勾配が存在しなくなる。
【００１９】
第１の局面に従った方法は、ウェハによって引き起こされる静電力を、ファラデー遮蔽部の重量測定に対する影響を検出することにより測定する方法を提供する。本発明の代替的な局面では、静電荷が測定されてもよい。静電荷と重量測定に対する影響との所定の相関により、電荷測定値が重量測定を修正するよう用いられ得る。
【００２０】
したがって、本発明の第３の局面は、半導体ウェハの質量を測定する方法を提供し得る。この方法は、チャンバの内部においてウェハを計量器上に配置するステップと、ウェハの中または上の静電荷を測定するステップと、静電荷と重量誤差力との間の所定の相関を用いることによりウェハの質量を求めて、計量器によって測定されるウェハの重量を修正するステップとを含む。
【００２１】
静電荷は、ウェハの電荷によって作り出される電場の強度を、たとえばフィールドミル計測器（たとえば、ジョン・チャブ・インストルメンテーション・リミテッド（John Chubb Instrumentation Limited）のＪＣＩ１４０）を用いて測定するよう動作可能である電荷計によって測定されてもよい。代替的には、電荷は、見掛けアース（virtual earth）、すなわち高インピーダンスの電荷計（たとえばジョン・チャブ・インストルメンテーション・リミテッド（John Chubb Instrumentation Limited）のＪＣＩ１７８）を用いることで、検知板上に誘導される電荷を測定することにより測定されてもよい。
【００２２】
上記の局面と同様に、ウェハの質量を求めるステップは、チャンバにおいて大気によってウェハに作用する浮力について補償または除去するステップをさらに含んでもよい。
【００２３】
この方法は、初期ステップとして、静電荷と重量誤差力との間の相関を得るステップを含んでもよい。相関は、実験による観察または静電荷を測定するのに用いられる電荷計の特性の知識のいずれかによって得られ得る。相関は、電荷計からの読取値を計量器に対する影響（たとえば計量器からの読取値の必要とされる修正）とマッチングすることを含んでもよい。たとえば、これは、統計分布が求められ得るように異なる電荷を有する既知の質量のさまざまなウェハの重量を測定することによってなされ得る。代替的には、単一のウェハが、電圧もしくはイオン化源を用いることによってか、または接触帯電もしくはトリボロジーによってのいずれかによってさまざまなレベルに帯電され得る。電荷計からの読取値は、相対的なスケールで測定されてもよい。クーロンで表わされる電荷の絶対的な測定値は必要とされない場合がある。得られた相関は、その後の計算を容易にするために、最適な近似多項式に変えられてもよい。代替的には、当該相関は、コンピュータベースのルックアップテーブルとしてエンコードされてもよい。電荷測定値は、したがって、計量器（たとえば重力センサ）に対する電荷の影響を計算するよう相関式とともに用いられ得る。ウェハの質量を求めるために、計量器によって測定される重量の力の値は、重力によるウェハの力の本当の値を明らかにするよう調節され得る。たとえば、電荷の主要な影響は、（以下で論じる）平行板キャパシタにおける板同士の間の力について周知である従来の式によって示され得る。これらの式は、たとえばエッジ効果などといったより重要度の低い要因を補償するよう修正され得る。
【００２４】
ウェハの中または上の電荷およびウェハの重量は同時に測定されてもよい。これは、電荷の起こり得る変動が結果に影響を与えるのを防止する。
【００２５】
ウェハ上の静電荷が静的である場合、すなわち移動できない場合、電荷の分布は表面に渡って変動し得る。この場合、電荷計の検知板がウェハの全表面と実質的に同じサイズおよび形状であるのが好ましい。代替的には、電荷が可動である場合、たとえばウェハの導電または半導電体内に捕捉される場合、より小さい検知板が用いられてもよい。なぜならば、電荷がそこに引き付けられることになるからである。電荷計は、２．５ｃｍ（１インチ）以上の直径を有する円盤形状の検知板を有してもよい。
【００２６】
電場計は、２５ｍｍの測定距離（すなわち検知板とウェハ表面との間の２５ｍｍの離隔）において、少なくとも０．１ボルトのウェハ電荷を分解することができてもよい。直径が１５０ｍｍである検知板を有する電荷計は、１ｐＣの電荷を分解することができてもよい。
【００２７】
本発明の第４の局面は、半導体ウェハの質量を測定するための装置を提供し得る。この装置は、ウェハの重量を測定するための計量器と、測定の間、ウェハを格納するためのチャンバと、ウェハの中および／または上の静電荷を測定するための電荷計と、電荷計によって測定される静電荷と計量器が受ける重量誤差力との間の所定の相関を用いることにより、計量器によって測定されるウェハの重量を修正するよう構成されるプロセッサとを有する。この装置は、チャンバにおいて、大気によってウェハに作用する浮力を求めるよう構成される監視手段を含んでもよい。
【００２８】
さらなる局面では、本発明は、静電力の影響がどのように変化するかを測定することにより、静電力の影響について質量の測定値を修正する方法を含んでもよい。計量器の計量パン上で、接地に接続された平行な板とウェハとの間の距離を変動させることにより、接地に接続された板とウェハとの間の静電力の変化は測定質量の変化において分かり得る。この場合の静電力は、離隔距離に反比例する。複数の離隔距離についての測定重量値が、静電力がゼロになる重量を求めるようプロットされ得る。
【００２９】
上記のすべての局面において、測定の間、静電荷が増加するのを防止するのが望ましい。これがなされ得る１つの方法は、接地に接続された表面を介する接触帯電によるものである。ＷＯ  ０２／０３４４９に開示されるような従来の計測技術では、ウェハを測定チャンバと同じ温度に確実にするようウェハを熱伝導表面上に配置するのが好ましい。しかしながら、ウェハと熱伝導表面との間の接触は静電荷を増加させ得ることが分かった。これを避けるよう、ウェハは、計量器の上に配置される際に電気的に絶縁され得る。これは、（たとえば１０から３０μｍの厚さの）陽極処理された層を熱伝導表面（または計量器のパン）上に設けることによって達成され得る。代替的には、パンまたは熱伝導表面は、良好な熱伝導性および良好な電気的絶縁性の両方を有する材料、たとえば窒化アルミニウム、から形成されるか、または当該材料でコーティングされてもよい。パンの表面は、ウェハの下面と同じ材料から形成されてもよい。
【００３０】
さらなる例では、ウェハは、２つの類似した固定板（壁）の間において等距離に位置決めされてもよい。この場合、壁からのウェハ上の静電力は相殺され得る。したがって、重量誤差力は低減され得る。
【００３１】
代替的には、円周方向の伝導性保護リングがウェハの縁部の周りに近接して設けられ得、これにより電荷の引込みの最も近い方向を垂直方向ではなく水平方向にする。この構成は、ウェハの中または上の可動電荷による誤差効果を低減するために特に好適である。
【００３２】
本発明の実施例を添付の図面を参照して以下に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例である計量装置を示す図である。
【図２】より小さい電荷検出板を有する図１の計量装置を示す図である。
【図３】本発明の別の実施例である計量装置を示す図である。
【図４】本発明の実施例であるウェハを計量するための方法を示すフローチャートの図である。
【図５】重量の変化と静電荷との相関を示すグラフの図である。
【図６（ａ）】静電力の方向をそらすよう保護リングを設ける効果を示す図である。
【図６（ｂ）】静電力の方向をそらすよう保護リングを設ける効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
詳細な説明；さらなる選択肢および選択
図１は、重量測定の間、半導体ウェハ１０および（以下に論じる）さまざまな測定器を封入するよう構成されるチャンバ１２を含む計量装置１を示す。チャンバ１２は、重量測定において誤差を引き起こす気流の影響を防止または低減するよう部分的にシステムを封入する。
【００３５】
図１において、チャンバ１２は、間仕切壁１４，１６によって３つの部分に分けられる。上部１８は、たとえばトリフィールド（Trifield）社の静電電圧計（Electrostatic Voltmeter）といった電荷計２０を含む。中間部２２は、ウェハ１０を受入れるようサイズ決めされ、たとえば０．０１ｍｇの分解能と０．０３ｍｇ未満の繰返し精度とを有する好適な微量てんびん（たとえばザルトリウス（Sartorius）社のWZA225-CW）といった計量器２６のパン２４をさらに含む。チャンバ１２は、ウェハ１０の供給および取出しのために中間部２２の中へのドア（図示せず）を含む。上部および中間部を分離する間仕切壁１４は、電荷計２０の検知板３０を中間部２２に配置するとともに上部１８において電荷計２０と連通するのを可能にする貫通孔２８を含む。下部３２は、計量器２６、温度センサ３４、湿度センサ３６、および圧力センサ３８を含む。中間部および下部を分離する間仕切壁１６は、パン（すなわち検知素子）２４が計量器と連通することを可能にする貫通孔４０を含む。センサは、自身の検知素子がチャンバ１２の中間部２２にウェハ１０とともに配置されるように搭載される。圧力センサ３８は、ドラック（Ｄｒｕｃｋ）ＰＭＰ４０１０ＡＢであってもよい。温度および湿度センサ３４，３６は、たとえばＰｉｃｏ社のＲＨ０２のように、組み合わされ得る。
【００３６】
電荷計２０、計量器２６、およびセンサ３４，３６，３８の各々は、これらの素子からの同時読取値を得るよう構成される、たとえば外部のＰＣまたは内部のマイクロプロセッサといったプロセッサ４２に接続される。プロセッサ４２は、得られた読取値を用いて、ウェハ１０の測定重量値（計量器２６からの読取値）を、大気浮力と、ウェハ１０とその環境との間の静電相互作用とについて修正するよう構成されるコンピュータプログラムを含む。したがって、ウェハ１０の正確な質量が得られ得る。
【００３７】
ＷＯ  ０２／０３４４９に開示されるように、プロセッサ４２に提供されるセンサ３４，３６，３８の測定値によって、たとえば以下の式を用いて、空気密度が算出され得る。
【００３８】
【数１】
0005414124.tif 000002
【００３９】
式中、ρairはｇ／ｃｍ3で表わされる空気密度であり、ＰはｍＢａｒで表わされる圧力であり、Ｔは℃で表わされる温度であり、Ｈはパーセントで表わされる相対湿度である。空気密度を用いて、以下の式によって大気浮力のウェハに対する影響を計算することができる。
【００４０】
【数２】
0005414124.tif 000003
【００４１】
式中、Ｂはグラムで表わされる大気浮力の影響であり、Ｗwは計量器によって検知されるウェハの重量（グラム）であり、ρairはｇ／ｃｍ3で表わされる計算された空気密度であり、ρwはｇ／ｃｍ3で表わされるウェハ密度であり、ρcは計量器を較正するために用いられる較正重量の密度（ｇ／ｃｍ3）である。
【００４２】
チャンバの壁とウェハとの間の静電力は、平行板キャパシタ内の対向する板が受ける力に類似している。その場合、力Ｆは、
【００４３】
【数３】
0005414124.tif 000004
【００４４】
によって与えられる。式中、εは板同士を隔てる材料（たとえば誘電体）の比誘電率であり、ε0は自由空間の誘電率であり、Ｖは板同士の間の電圧差であり、ｄは板同士の離隔であり、Ａは各板の面積である。これに基づいて、静電荷がわずか５Ｖで、かつ接地面から１０ｍｍ離れて位置決めされた直径３００ｍｍのウェハは、０．１ｍｇにほぼ相当する力を受け得る。
【００４５】
本発明の装置では、力の実際の性質はチャンバの具体的な構造に依存し得る。したがって、この実施例では、プロセッサ４２は、電荷／重量誤差相関式またはルックアップテーブルを含む。当該式またはルックアップテーブルは、電荷計からの読取値を、重量測定値に加えられるまたは差し引かれる重量誤差とマッチングさせて、ウェハ上の静電力について修正を行なうよう用いられ得る。
【００４６】
この電荷／重量誤差相関式は、たとえば装置の初期構成の一部として前もって取得される。実験による観察または電荷計の特性の知識のいずれかによって、電荷計からの読取値と重量力センサに対する影響との間の相関が求められる。これは、たとえば、統計分布が求められるように、異なる電荷を有するさまざまなウェハを用いることによってなされてもよい。
【００４７】
代替的には、単一のウェハが、電圧またはイオン化源を用いることによってか、または接触帯電もしくはトライボロジーによってのいずれかによってさまざまなレベルに帯電され得る。したがって、既知の質量およびサイズのウェハに、既知の電荷が与えられ得るとともに、ウェハの重量測定への電荷の影響が観察され得る。図５は、既知の静電力によって引き起こされる既知のウェハ質量の変化を示す複数の実際の測定値（点で示される）を含むグラフを示す。当該点の分布は、次いで、曲線として示され得る。この曲線は次いで、（たとえばｙ＝ａｘ２＋ｂｘといった形の）多項式、または当該曲線上に存在する点を含むルックアップテーブルのいずれかとして示される用いられる重量修正値に、計測された電荷を関連付ける基礎となり得る。
【００４８】
図１は、電荷計２０の検知板３０がウェハ１０の上に実質的に完全に存在する装置を示す。これは、静電荷がウェハ１０に存在する場合でも、正確な電荷の計測を可能にし得る。
【００４９】
図２は、本発明の別の実施例を示す。この実施例は、検知板３０の面積がウェハ１０の面積よりも小さいことを除けば、図１の実施例と同じである。この構成は、ウェハにおける電荷が可動であるとともに、均等に分布する静電荷が存在する場合に有効である。
【００５０】
図３は、本発明の代替的な実施例である計量装置２を示す。この実施例は、内部が間仕切壁４６によって上部４８と下部５６とに分けられるチャンバ４４を有する。図１と同様に、下部５６は、計量器２６と、温度センサ３４と、湿度センサ３６と、圧力センサ３８とを含み、これらの各々は、図１での機能と同様の機能を実行するよう構成される。
【００５１】
チャンバ４４の上部４８は、接地５２に電気的に接続されるファラデー遮蔽部５０を含む。ファラデー遮蔽部５０は、ウェハ１０を封入するよう構成される。ファラデー遮蔽部５０はウェハ１０の供給および取出しのためのドア（図示せず）を含む。このドアが閉じられると、ウェハ１０の中または上の如何なる静電荷もファラデー遮蔽部５０の中に絶縁される。
【００５２】
計量器２６のパン２４は、ファラデー遮蔽部５０の内部に配置され、ファラデー遮蔽部５０内に封入される場合にウェハ１０の重量の測定を可能にする。
【００５３】
図３に示される装置２は、下部５６において第２の計量器５４を含み、第２の計量器５４のパン５８は、上部４８に存在し、上部４８においてファラデー遮蔽部５０を支持する。したがって、ウェハ１０の重量およびファラデー遮蔽部５０の重量は独立して測定される。これにより、ウェハを内部に配置することによって引き起こされるファラデー遮蔽部５０の測定重量の変化を示すことが可能になる。この重量の変化は、ウェハ１０とファラデー遮蔽部５０との間の静電相互作用による。この静電相互作用は、ウェハ１０に対して等しいが反対の影響を与えることになるので、第２の計量器５４上に示される重量の変化を用いて、第１の計量器２６が測定するウェハ１０の重量を修正することが可能になる。この修正は、大気浮力の補償に加えて、プロセッサ４２によって行なわれてもよい。
【００５４】
図４は、図１または図２の装置を用いて半導体ウェハの質量を計測するための方法におけるさまざまなステップを示す。第１のステップ６０は、電荷／重量誤差相関式を得るステップである。上で論じたように、これは、既知の質量および既知の電荷を有するウェハの重量を計測することにより、実験によって得られ得る。多くのウェハが、各々、さまざまな異なる電荷を用いて最適多項式またはルックアップテーブルによって示され得る統計分布を得るよう測定され得る。同様に、静電荷／可動電荷の分布が処理の間に変化し得るので、複数の相関式が各ウェハタイプ（すなわち、処理の異なる段階）ごとに取得される必要がある場合がある。電荷／重量誤差相関式が得られた後、この方法は、質量が分かっていないウェハの重量を測定するためのステップに続く。ステップ６２では、電荷計および計量器上の読取値は、ウェハが装置に挿入される前にゼロにされる。このゼロにすることは、たとえば、示差測定が行なわれることを可能にするよう、読取値をゼロにリセットするか、事前測定値を示すことを含んでもよい。ステップ６４では、計測されることになるウェハが、装置内に挿入され、計量器のパンの上に配置される。ステップ６６では、電荷計および計量器上の読取値が安定化した後、これらの読取値の値を同時に取得する。ステップ６８では、電荷読取値が電荷／重量誤差相関式に適用され、これにより重量修正値が得られる。立ち代って、この重量修正値は重量読取値に適用され、計測された電荷による静電力について修正がなされる。
【００５５】
各質量測定について、大気浮力の補償計算を行なうために、対応する読取値が温度センサ、湿度センサ、および圧力センサから得られる。
【００５６】
測定値は、実質的に連続して、たとえば０．４秒ごとに、得られてもよい。
上で論じた実施例への改善例では、静電力の方向は、重量測定に対する如何なる干渉も低減されるように垂直方向から離れるようそらされ得る。図６（ａ）は、ウェハ１０上における電荷（＋記号で示される）と、チャンバ１２の最も近い間仕切壁１６上の誘導電荷（−記号で示される）との間の静電力７２の方向を示す概略図である。力は垂直方向にかかるので、重量の測定に影響を与えることになる。図６（ｂ）は、ウェハの横方向の位置にウェハ１０に対する近点を与えるようチャンバの側壁から突出する保護リング７０を含む改善例の実施例を示す。図６（ｂ）に示されるように、これにより、チャンバ内の誘導電荷は、静電力の方向が垂直方向から離れるようそらされるように保護リング内に位置する（この場合、水平方向に集中する）。
【００５７】
本発明は、大気浮力、静電力および気流によって生じる誤差が補償または低減される、半導体ウェハの質量を計算するための測定装置を提案する。測定装置がどれだけうまく誤差に対処するかは、測定の繰返し精度（すなわち、同一の対象物の測定における経時的な変動の範囲）から仮定することができる。本発明では、０．０８ｍｇ未満の直径３００ｍｍの半導体ウェハ（質量約１２８ｇ）についての質量繰返し精度を得ることができる。
【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（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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