(57)【要約】【課題】【解決手段】半導体ウエハ質量計測装置であって、半導体ウエハの重量および／または質量を測定するための測定チャンバと、半導体チャンバの中に半導体ウエハを輸送する前に半導体ウエハの温度を変化させるための第１の温度変化部分と、第１の温度を検知するための第１の温度センサであって、第１の温度は、第１の温度変化部分の温度、または半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときの、または第１の温度変化部分から離れるときの、半導体ウエハの温度である第１の温度センサとを備える半導体ウエハ質量計測装置。【選択図】図１
2021521441.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハ質量計測装置であって、
半導体ウエハの重量および／または質量を測定するための測定チャンバと、
前記測定チャンバの中に前記半導体ウエハを輸送する前に前記半導体ウエハの温度を変化させるための第１の温度変化部分と、
第１の温度を検知するための第１の温度センサであって、前記第１の温度は、
前記第１の温度変化部分の温度、または
前記半導体ウエハが前記第１の温度変化部分の上にあるときの、もしくは前記第１の温度変化部分から離れるときの、前記半導体ウエハの温度
である第１の温度センサと
を備える半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記第１の温度変化部分は、前記半導体ウエハを受動的に冷却するためにある半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記半導体ウエハを能動的に冷却するための第２の温度変化部分をさらに備える、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記半導体ウエハが前記第１の温度変化部分の上にあるときに、または前記第１の温度変化部分から離れるときに前記第１の温度変化部分の前記温度を測定する、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記第１の温度センサは、
前記半導体ウエハにより引き起こされる、前記第１の温度変化部分の前記温度の変化、および／または
前記半導体ウエハにより引き起こされる、前記第１の温度変化部分の最大温度、を検出するように構成される、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記検知した第１の温度、および／または
前記検知した第１の温度の変化、および／または
前記検知した第１の温度と、前記測定チャンバの温度である第２の温度との差、に基づき前記装置の動作を制御するように構成された制御ユニットをさらに備える半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項７】
請求項６に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記制御ユニットは、
警告を発生させる、および/または
前記第１の温度と前記第２の温度の前記差、ならびに前記第１の温度と前記第２の温度の前記差と、前記第１の温度と前記第２の温度の前記差と質量測定誤差との間の所定の関係に基づき、前記半導体ウエハに関する質量測定値を補正する、ように構成される半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項８】
請求項７に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記所定の関係は、前記第１の温度と前記第２の温度の間の異なる前記差を得るための、１つまたは複数の前記半導体ウエハに関する複数の質量計測の測定、ならびに前記半導体ウエハの既知の質量から導出される、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記第１の温度変化部分は、前記測定チャンバに熱的に連結された第１の熱伝達板を備える、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記半導体ウエハと前記第１の熱伝達板の間で熱平衡状態を達成するのに十分な所定の期間、前記第１の熱伝達板の上に前記半導体ウエハをロードするように構成される、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記熱伝達板に前記半導体ウエハを真空締付するための真空締付を備え、
前記熱伝達板への前記半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するためのセンサを備え、
前記熱伝達板への前記半導体ウエハの前記不完全な真空締付を検知するための前記センサの出力に基づき、前記装置の動作を制御するように構成された制御ユニットを備える、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記第１の温度変化部分は、第１の熱伝達板を備え、
前記第１の温度センサは、前記第１の熱伝達板の中に埋め込まれる、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の半導体ウエハ質量計測装置であって、
前記第１の温度センサは、前記第１の熱伝達板の半導体ウエハ支持表面から１ｍｍ〜１８ｍｍの間の距離で前記第１の熱伝達板の中に埋め込まれ、前記距離は、任意選択で２ｍｍ〜１２ｍｍである、半導体ウエハ質量計測装置。
【請求項１４】
半導体ウエハ質量計測方法であって、
半導体ウエハの重量および／または質量を測定するために測定チャンバの中に前記半導体ウエハを輸送する前に、第１の温度変化部分を使用して前記半導体ウエハの温度を変化させるステップと、
第１の温度を検知するステップであって、前記第１の温度は、
前記第１の温度変化部分の温度、または
前記半導体ウエハが前記第１の温度変化部分の上にあるときの、もしくは前記第１の温度変化部分から離れるときの、前記半導体ウエハの温度である第１の温度を検知するステップと、を備える半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記半導体ウエハが前記第１の温度変化部分の上にあるときに、または前記第１の温度変化部分から離れるときに前記第１の温度変化部分の前記温度を測定する、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項１６】
請求項１４または１５に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記半導体ウエハにより引き起こされる、前記第１の温度変化部分の前記温度の変化、および／または
前記半導体ウエハにより引き起こされる、前記第１の温度変化部分の最大温度、を検出するステップを備える、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項１７】
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記半導体ウエハ質量計測方法は、前記第１の温度変化部分を使用して前記半導体ウエハの前記温度を変化させる前に、第２の温度変化部分を使用して前記半導体ウエハの前記温度を変化させるステップをさらに備え、
前記第１の温度変化部分は、前記半導体ウエハを受動的に冷却するためにあり、
前記第２の温度変化部分は、前記半導体ウエハを能動的に冷却するためにある、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項１８】
請求項１４から１７のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記検知した第１の温度、および／または
前記検知した第１の温度の変化、および／または
前記検知した第１の温度と、前記測定チャンバの温度である第２の温度との差、に基づき動作を遂行するステップをさらに備える、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項１９】
請求１８に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記動作を遂行する前記ステップは、
警告を発生させるステップ、または
前記第１の温度と前記第２の温度の前記差、ならびに前記第１の温度と前記第２の温度の前記差と質量測定誤差との間の所定の関係に基づき半導体ウエハに関する質量測定値を補正するステップ、を備える半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記所定の関係は、前記第１の温度と前記第２の温度の間の異なる前記差を得るための、１つまたは複数の前記半導体ウエハに関する複数の質量計測の測定、ならびに前記半導体ウエハの既知の質量から導出される、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項２１】
請求項１４から２０のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記第１の温度変化部分は、前記測定チャンバに熱的に連結された熱伝達板を備える、半導体ウエハ質量計測方法。
【請求項２２】
請求項１４から２１のいずれか一項に記載の半導体ウエハ質量計測方法であって、
前記熱伝達板に前記半導体ウエハを真空締付するステップと、
前記熱伝達板への前記半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するステップと、
前記熱伝達板への前記半導体ウエハへの前記不完全な真空締付を検知する前記ステップに基づき動作を遂行するステップと、を備える半導体ウエハ質量計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハ質量計測装置および半導体ウエハ質量計測方法に関する。
【０００２】
詳細には、半導体ウエハを測定領域の中に輸送する前に半導体ウエハの温度を変化させるために使用する温度変化部分の温度を、または温度変化部分により温度が変化させられる半導体ウエハの温度を測定する半導体ウエハ質量計測装置および半導体ウエハ質量計測方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロエレクトロニクス素子は、たとえば堆積技法（ＣＶＤ、ＰＥＣＶＤ、ＰＶＤなど）および除去技法（たとえば化学エッチング、ＣＭＰなど）を含むさまざまな技法を使用して半導体（たとえばシリコン）ウエハ上で製作される。半導体ウエハは、たとえば洗浄、イオン注入、リソグラフィなどにより半導体ウエハの質量を改変する方法でさらに扱われることがある。
【０００４】
製造している素子に応じて各半導体ウエハを何１００もの異なる処理ステップに順次通して、半導体ウエハの最終動作に必要な層および材料を積み重ねてよい、および／または取り除いてよい。事実上、各半導体ウエハは、製造ラインへ受け渡される。
【０００５】
完全なシリコンウエハを製造するために必要とされる処理ステップの費用および複雑さは、完全なシリコンウエハの動作を適切に評価することができる製造ラインの終わりに到達するのにかかる時間と共に、製造ライン上での設備の動作と、処理されているウエハの品質とを処理の全体を通してモニタしたいという要求につながり、その結果、最終ウエハの性能および歩留まりの信頼度を評価することがある。
【０００６】
ウエハを扱う技法は、典型的には（半導体ウエハの表面で、もしくは表面上で、または半導体ウエハの大部分の中で）半導体ウエハの質量変化を引き起こす。半導体ウエハに及ぼす変化の構成は、素子の機能にとって多くの場合致命的であるので、ウエハが正しい構成を有するかどうかを判断するために製造中にウエハを評価することは、品質管理のために望ましい。
【０００７】
処理ステップのどちらかの側でウエハの質量変化を測定することは、製造ウエハ計測を実装するための魅力的な方法である。測定は、比較的費用がかからず、高速であり、異なるウエハ回路パタンに自動的に適応させることができる。それに加えて、測定は、代替技法よりも高精度の結果を多くの場合提供することができる。たとえば、多くの典型的材料については、材料層の厚さを原子スケールまで分解することができる。対象となる処理ステップの前後で当該のウエハの重さを量る。質量変化は、製造設備の性能および／またはウエハの所望の性質と相関させられる。
【０００８】
半導体ウエハに対して行われる処理ステップは、半導体ウエハの質量に非常に小さな変化を引き起こす可能性があり、この変化を高精度で測定することは望ましいことがある。たとえば、半導体ウエハの表面から少量の材料を取り除くことにより、半導体ウエハの質量は数ミリグラムだけ低減し、この変化を±１００μｇ、またはそれよりも良好なオーダーの分解能で測定することが望ましいことがある。
【０００９】
これらの高レベルの測定精度では、測定している半導体ウエハの温度変動により引き起こされる測定出力の誤差、または測定天びんの温度の誤差は、かなり大きくなることがある。たとえば、半導体ウエハと測定天びんまたは密閉箱との間の約０．００５℃の温度差は、決定される半導体ウエハの質量（または質量変化）に約５μｇの誤差を引き起こすことがある。たとえば測定装置を使用して測定している半導体ウエハからの熱負荷により引き起こされる、測定装置の異なる部分間の温度変動（すなわち、温度の非一様性）は、測定出力に誤差を引き起こす。それに加えて、半導体ウエハが測定装置の測定密閉箱よりも高い温度を有する場合、測定密閉箱内の空気に気流（たとえば、対流）を発生させることがあり、これにより測定出力は影響を受けることがある。それに加えて、測定密閉箱内の空気は加熱されることがあり、空気の密度および圧力を変化させ、したがって、空気により半導体ウエハに加えられる浮力を変化させる。これはまた、測定出力に影響を及ぼすことがある。より低い精度の質量測定では、たとえば、ミリグラムのオーダーの分解能で遂行される測定では、これらの影響の大きさは、一般に重要ではないと考えられ、無視される（または検出されない）。
【００１０】
（たとえば、時間のオーダーの）比較的長い期間をかけてゆっくりと発生する温度変化は、測定装置を定期的に較正することにより事実上考慮されることがあり、または比較測定を遂行することにより事実上取り去られることがある。しかしながら、（たとえば、複数の半導体ウエハからの高い熱負荷に起因する）より急速に発生する温度変化は、同じ方法で考慮する、または取り去ることがより困難であることがある。
【００１１】
製造ラインで処理された直後の半導体ウエハの温度は、４００℃〜５００℃以上になることがある。処理後、半導体ウエハは、製造ラインのうちの異なる処理場所の間で輸送するために、直近に処理された（たとえば、合計で２５の）他の半導体ウエハと共にＦＯＵＰ（Ｆｒｏｎｔ  Ｏｐｅｎｉｎｇ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｐｏｄ、前面開口式一体型ポッド）の中にロードされることがある。ＦＯＵＰが半導体ウエハの重量を量るための計量機器に到着したとき、半導体ウエハの温度は依然として高く、たとえば７０℃以上であることがある。対照的に、計量機器の温度は、約２０℃であることがある。したがって、半導体ウエハと計量機器の間に著しい温度差が存在することがある。上記で論じたように、半導体ウエハと計量機器の間の著しい温度差は、重量測定において誤差を引き起こすことがある。高精度重量測定では、非常に小さな温度差（たとえば、１℃未満、たとえば０．００１℃）により引き起こされる誤差でさえ大きいことがある。
【００１２】
ＷＯ０２／０２４４９は、測定天びんの温度変動または測定している半導体ウエハの温度変動により引き起こされる測定出力の誤差を低減しようとする半導体ウエハ質量計測法について記述している。ＷＯ０２／０２４４９で記述された方法では、半導体ウエハは、計量装置の測定領域上に置かれる前に、ＦＯＵＰから取り除かれ、計量装置のチャンバに熱的に連結された受動性熱伝達板上に置かれる。受動性熱伝達板は、チャンバの温度に対して半導体ウエハの温度を±０．１℃以内で等しくする。この温度均一化により、測定チャンバの中に半導体ウエハをロードするとき、上記で論じた潜在的誤差は低減されることがある。したがって、この方法は、測定を行う前に半導体ウエハの温度均一化が存在しない方法に比べて測定出力をより正確にすることがある。
【００１３】
ＷＯ２０１５／０８２８７４は、ＷＯ０２／０２４４９に記述された方法では計量装置のチャンバ上にかなり大きな熱負荷が存在することがあることを開示している。たとえば、重量測定を遂行する前に熱伝達板により半導体ウエハが約７０℃から約２０℃へ冷却される一連の半導体ウエハに対して一連の重量測定を遂行するとき、計量装置のチャンバ上で数１０ワットのオーダーの熱負荷が、たとえば、約５０Ｗ〜１００Ｗの、たとえば（１時間あたり約６０のウエハと仮定すると）７５Ｗの熱負荷が存在することがある。
【００１４】
この熱負荷は、計量装置の温度（たとえば、計量装置の天びんの温度）を増加させる、または非一様にすることがあり、それにより、上記で論じたように、計量装置により遂行される重量測定において、対応する誤差を引き起こすことがある。それに加えて、この熱負荷は、天びんの周囲で気流（たとえば、対流）、ならびに空気の密度および圧力の変化を引き起こす可能性があり、これはまた、計量装置により遂行される重量測定において、対応する誤差を引き起こす可能性がある。その結果、計量装置の精度は低下することがある。これらの影響は、高精度測定、たとえばおよそ±１００μｇまたはそれよりも良好な精度を伴う測定を遂行するとき、かなり大きくなることがある。たとえば、計量装置を使用して第１の（または単一の隔離された）半導体ウエハを測定するとき、その半導体ウエハと計量装置の間の温度差により引き起こされた対流、および空気密度の変化に起因して温度出力の変化を観察することがある。
【００１５】
ＷＯ２０１５／０８２８７４は、熱伝達板を使用して半導体ウエハの温度を計量装置の温度に等しくする前に、半導体ウエハから熱負荷の大部分を取り除いて、計量装置上の熱負荷を低減することについて開示している。
【００１６】
したがって、温度均一化中に熱伝達板の温度は著しく変化すべきではなく、したがって、半導体ウエハの温度は、より正確に／精密に所望の温度（すなわち、熱伝達板の最初の温度）に等しくなる。
【００１７】
ＷＯ２０１５／０８２８７４で開示された実施形態では、熱負荷の大部分は、能動性熱伝達板を使用して半導体ウエハから取り除かれ、次いで、半導体ウエハの温度は、測定チャンバの上部表面上に搭載された、測定チャンバと熱平衡にある受動性熱伝達板を使用して測定チャンバの温度に等しくなる。ＷＯ２０１５／０８２８７４で開示された特有の例では、熱伝達板は、高い熱伝導度を有するボルトを使用して測定チャンバに締められたアルミニウムプレートである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明者らは、上記で論じた配列で、熱伝達板の温度が、したがって、半導体ウエハが熱伝達板により冷却された後の半導体ウエハの温度が、測定チャンバの温度と異なり、したがって、半導体ウエハ上で測定を行ったとき、上記で論じたさまざまな測定誤差を引き起こす可能性があることを理解している。この測定誤差は、いくつかの半導体ウエハを冷却するときの、熱伝達板上の高い温度負荷に起因する。
【００１９】
本発明者らは、半導体ウエハ質量計測の精度は、測定チャンバの中に半導体ウエハを輸送する前の半導体ウエハの温度を測定することにより、または温度変化部分により温度を変化させられる半導体ウエハの温度を変化させるために使用する温度変化部分の温度を測定することにより、改善することができることを理解している。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
したがって、一般に本発明は、測定チャンバの中に半導体ウエハを輸送する前の半導体ウエハの温度を変化させるために、または温度変化部分により温度を変化させられる半導体ウエハの温度を変化させるために使用する温度変化部分の温度を測定する半導体ウエハ質量計測装置または半導体ウエハ質量計測方法を提供する。
【００２１】
以下で論じるように、測定した温度を使用して、半導体ウエハ質量計測の精度を改善することができるさまざまな異なる方法が存在する。
【００２２】
本発明の第１の態様によれば、
半導体ウエハの重量および／または質量を測定するための測定チャンバと、
測定チャンバの中に半導体ウエハを輸送する前に半導体ウエハの温度を変化させるための第１の温度変化部分と、
第１の温度を検知するための第１の温度センサであって、第１の温度は、
第１の温度変化部分の温度、または
半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときの、もしくは半導体ウエハが第１の温度変化部分から離れるときの、半導体ウエハの温度
である第１の温度センサと
を備える半導体ウエハ質量計測装置が提供される。
【００２３】
したがって、本発明の第１の態様では、第１の温度変化部分の温度、または半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときの、または半導体ウエハが第１の温度変化部分から離れるときの、半導体ウエハの温度を測定する。
【００２４】
本発明の第１の態様による装置は、以下の最適な特徴の任意の１つ、または組合せ可能な場合には以下の最適な特徴の任意の組合せを任意選択で備えてよい。
【００２５】
典型的には、第１の温度変化部分は、半導体ウエハの温度を低減するためにある。換言すれば、第１の温度変化部分は、典型的には冷却部分である。しかしながら代わりに、第１の温度変化部分は、半導体ウエハを加熱して、半導体ウエハの温度を増加させるように構成された加熱部分であってよい。
【００２６】
典型的には、半導体ウエハは、第１の温度変化部分を離れた直後に、たとえば中間ステップなしに、詳細には、半導体ウエハを意図的にさらに能動的または受動的に冷却することなく、測定チャンバの中に輸送される。これは、適切に構成された輸送機構を有する装置により達成されてよい。たとえば、第１の温度変化部分から測定チャンバの中に半導体ウエハを直接に輸送するように構成された輸送装置を提供してよい。
【００２７】
半導体ウエハと第１の温度変化部分の間に物理的接触がまったくないとき、半導体ウエハは第１の温度変化部分を離れたと考えてよい。
【００２８】
測定チャンバは、測定領域を部分的に、または完全に取り囲んでよい。
【００２９】
測定領域は、半導体ウエハの質量および／または重量を示す情報を出力するための計量機器、たとえばロードセルを備えてよい。
【００３０】
第１の温度変化部分は、半導体ウエハを受動的に冷却するためにあってよい。受動的冷却は、第１の温度変化部分がペルチェ素子などの熱電冷却素子などの、電力を供給されたいかなる冷却手段／機器も含まないことを意味する。あるいは、第１の温度変化部分は、たとえば、ペルチェ素子などの熱電冷却素子などの、電力を供給された冷却手段／機器を使用して、半導体ウエハを能動的に冷却するためにあってよい。
【００３１】
あるいは上記で論じたように、第１の温度変化部分は、代わりに受動的または能動的に半導体ウエハを暖めるためにあってよい。
【００３２】
装置は、半導体ウエハを能動的に冷却するための第２の温度変化部分をさらに備えてよい。能動的冷却は、第２の温度変化部分がペルチェ素子などの熱電冷却素子などの、動力を供給された冷却素子を含むことを意味する。
【００３３】
あるいは、第２の温度変化部分は、たとえば電力を供給されたヒータ要素または加熱要素を使用して半導体ウエハを能動的に加熱するためにあってよい。
【００３４】
あるいは、装置は、半導体ウエハを受動的に冷却するための第２の温度変化部分をさらに備えてよい。たとえば、第２の温度変化部分は、空冷式受動性熱伝達板を備えてよい。受動性熱伝達板の空冷は、たとえば送風機を使用して受動性熱伝達板の全面にわたって空気を吹きつけることにより達成されてよい。
【００３５】
あるいは、第２の温度変化部分は、半導体ウエハを受動的に加熱するためにあってよい。
【００３６】
あるいは、第２の温度変化部分は、半導体ウエハを第２の温度変化部分の全面にわたる空気の流れ、または第２の温度変化部分を通る空気の流れと熱平衡状態にすることにより、半導体ウエハの温度を変化させるように構成されてよい。
【００３７】
第２の温度変化機器を使用して、第１の温度変化機器により半導体ウエハを冷却する前に半導体ウエハから熱負荷の大部分を取り除いてよい。したがって、半導体ウエハを冷却することによる第１の温度変化機器上の温度負荷は低減される。
【００３８】
あるいは、第２の温度変化機器は、第１の温度変化機器の温度よりも僅かに低い温度まで半導体ウエハを冷却してよく、第１の温度変化機器は、次いで半導体ウエハを加熱してよい。
【００３９】
あるいは、第１の温度変化機器により半導体ウエハを加熱または冷却する前に、第２の温度変化機器を使用して、半導体ウエハに大量の熱負荷を付加してよい。したがって、この場合も半導体ウエハを加熱または冷却することによる第１の温度変化機器上の温度負荷は低減される。
【００４０】
第１の温度変化機器上で熱負荷が低減されるということは、熱負荷が低減されることにより第１の温度変化機器の温度変化も低減されることを意味する。したがって、第１の温度変化機器を使用して半導体ウエハの温度をより正確に制御することができる。これにより、第２の温度変化部分なしでできるよりも精密に、または正確に測定チャンバ内の半導体ウエハの温度ならびに／または測定チャンバの温度（および／もしく温度均一性）を制御できるようになることがある。その結果、半導体ウエハ質量計測は、より精密に遂行されることがある。
【００４１】
たとえば、測定チャンバの温度と実質的に等しくなるように半導体ウエハの温度を制御する場合（典型的には事実である）、温度差により引き起こされるいかなる誤差も、温度差が最小になってよいときに最小になってよい。
【００４２】
第１の温度変化部分および第２の温度変化部分は、互いに熱的に絶縁されてよく、たとえば、空隙または熱的に絶縁された材料の層などの断熱材により分離されてよい。
【００４３】
あるいは、第２の温度変化部分は、本発明の第１の態様の装置とは別個の機器の一部を形成してよい。したがって、第２の温度変化部分は、第１の態様の装置と組み合わせて提供されてよい。
【００４４】
温度変化部分は、半導体ウエハの温度を増加させる、または低減する（すなわち、変化させる）ために使用することができる任意の機器、たとえば、加熱ユニット／ヒータまたは冷却ユニット／冷却器であってよい。
【００４５】
第１の温度変化機器および第２の温度変化機器に関して使用する「第１の」および「第２の」という用語は、単に温度変化機器を区別するために使用され、温度変化機器の順序、または温度変化機器が半導体ウエハに引き起こす温度変化の順序を示すわけではない。実際には、以下の議論から明らかなように、第２の温度変化機器が存在するとき、半導体ウエハの温度は、最初に第２の温度変化機器を使用して変化させられ、次いで、第１の温度変化機器を使用してさらに変化させられる。したがって、そのような配列では、第２の温度変化は、第１の温度変化の前に行われる。
【００４６】
第２の温度変化部分は、第２の温度変化の大きさ、および第１の温度変化部分により引き起こされた半導体ウエハの温度の第１の温度変化の大きさの合計の少なくとも８０％、または少なくとも９０％、または少なくとも９５％、または少なくとも９９％を備える、半導体ウエハの温度の第２の温度変化を引き起こしてよい。したがって、半導体ウエハの熱負荷の大部分は、第２の温度変化部分により半導体ウエハから取り除かれてよい、または半導体ウエハに付加されてよい。その結果、半導体ウエハの温度に第１の変化を引き起こすときの、第１の温度変化部分上の熱負荷は低減され、半導体ウエハの温度は、より正確に／精密に所望の温度に一致させることができる。
【００４７】
半導体ウエハの温度に第２の温度変化を引き起こすステップは、半導体ウエハの温度を所定の測定温度（たとえば、測定チャンバの温度）の±３℃以内、または±２℃以内、または±１℃以内、または±０．１℃以内に変化させるステップを備えてよい。換言すれば、半導体ウエハの温度の第２の変化は、半導体の温度を所定の温度近くに（すなわち、数℃以内に）持って行ってよく、その結果、第１の温度変化部分は、（小さな熱負荷を付加するか、または半導体ウエハから小さな熱負荷を取り除くかに応じて）半導体ウエハの温度に小さな変化を引き起こす必要があるだけである。
【００４８】
本発明では、第１の温度変化部分の温度を、半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときに、または半導体ウエハが第１の温度変化部分から離れるときに測定してよい。
【００４９】
半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときに第１の温度変化部分の温度をモニタすることにより、半導体ウエハが第１の温度変化部分に最初に到着したときの、温度変化部分と半導体ウエハの間の温度差に関する情報を提供することができる。
【００５０】
たとえば、第１の温度センサは、半導体ウエハにより引き起こされた、第１の温度変化部分の温度変化、および／または半導体ウエハにより引き起こされた、第１の温度変化部分の最大温度を検出するように構成されてよい。詳細には、半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にロードされたときに半導体ウエハの温度と第１の温度変化部分の温度の間に差が存在するとき、第１の温度変化部分の温度に初期スパイクが存在することがある。この初期スパイクは、本発明で検出および／または測定されてよく、入ってくるウエハの温度に関する情報、または入ってくる半導体ウエハの温度と第１の温度変化部分の温度の差に関する情報を提供することがある。
【００５１】
半導体ウエハが第１の温度変化部分を離れるときの半導体ウエハの温度は、半導体ウエハが測定チャンバの中にロードされたときの半導体ウエハと測定チャンバの間の温度差に関する情報を提供することができ、この情報は、上記で論じたように、半導体ウエハ上で遂行される測定の精度に影響を及ぼす。
【００５２】
半導体ウエハ質量計測装置は、検知した第１の温度に基づき、および／または検知した第１の温度の変化に基づき装置の動作を制御するように構成された制御ユニットをさらに備えてよい。
【００５３】
たとえば、制御ユニットは、検知した第１の温度に基づき、および／または検知した第１の温度の変化に基づき警告を発生させるように構成されてよい。
【００５４】
たとえば、装置は、第１の温度変化部分の検知温度が所定の値よりも大きいときに警告を発行してよい。
【００５５】
あるいは、第１の温度変化部分の検知温度の変化が所定の値よりも大きいときに警告を発生させてよい。
【００５６】
警告は、装置の操作者に警告を発するためのものであり、その結果、操作者は、温度／温度変化を認識する。
【００５７】
警告は、可視警告および／または可聴警告および／または触知できる警告であってよい。
【００５８】
本発明は、第１の温度変化部分の検知温度の検出された変化を使用して、第１の温度変化部分により温度が変化したウエハの入ってくる温度を計算するステップを備えてよい。この場合、警告は、入ってくるウエハの温度が所定のしきい値よりも大きい、または所定のしきい値よりも小さいと判断されたときにトリガされてよい。たとえば、これは、第１の温度変化部分により引き起こされた温度変化に先行する温度変化ステップが効果的ではなく、その結果、第１の温度変化部分に入ってくる半導体ウエハの温度が高すぎる、または低すぎる（そのため、第１の温度変化部分の温度が実質的に一定のままでいることができない）ことを示していることがある。たとえば、これは、上記で論じた第２の温度変化部分が作動しなくなった（壊れた、または正しく作動していない）ことを示すことがある。
【００５９】
本発明者らは、半導体ウエハ上で遂行される質量計測の測定誤差と、半導体ウエハを測定チャンバの中にロードする前の第１の温度変化部分または半導体ウエハの温度と測定チャンバ温度の間の温度差との間に相関関係が存在することを発見した。したがって、半導体ウエハを測定チャンバの中にロードする前の第１の温度変化部分または半導体ウエハの温度と測定チャンバの温度を比較することにより、半導体ウエハ質量計測の精度を改善するために使用することができる有用な情報が提供される。
【００６０】
それに応じて、装置は、検知した第１の温度と、測定チャンバの温度である第２の温度との差を決定するように構成された機器またはユニットをさらに備えてよい。
【００６１】
装置は、検知した第１の温度と、測定チャンバの温度である第２の温度との差に基づき、装置の動作を制御するように構成された制御ニットをさらに備えてよい。
【００６２】
代わりに、または追加で、制御ユニットは、検知した第１の温度と、測定チャンバの温度である第２の温度との差に基づき、別個の機器または装置の動作を制御するように構成されてよい。
【００６３】
装置は、測定チャンバの第２の温度を測定するように構成された第２の温度センサを備えてよい。
【００６４】
測定チャンバの第２の温度を、第１の温度を測定するのと同時に測定してよい。
【００６５】
典型的には、第１の温度と第２の温度の両方を、半導体ウエハが第１の温度変化部分を離れるときに、またはすぐ後に、および半導体ウエハを測定チャンバの中にロードする直前に測定する。この場合、第１の温度は、測定チャンバの中に半導体ウエハをロードしたときの、半導体ウエハの温度を示す。
【００６６】
あるいは、測定チャンバの温度を所定の温度になるように精密に制御してよく、その場合、第２の温度センサは、必要なくてよい。
【００６７】
制御ユニットは、たとえばプロセッサまたはコンピュータであってよい。
【００６８】
本発明の一例として、制御ユニットは、第１の温度と第２の温度の差に基づき警告を発生させるように構成されてよい。
【００６９】
たとえば、装置は、第１の温度と第２の温度の間に少しでも差があるとき、または第１の温度と第２の温度の間の差が所定のしきい値よりも大きいとき、警告を発行してよい。
【００７０】
警告は、装置の操作者に警告を発するためのものであり、その結果、操作者は、第１の温度と第２の温度の差を認識する。
【００７１】
警告は、可視警告および／または可聴警告および／または触知できる警告であってよい。
【００７２】
代替形態として、または追加で、制御ユニットは、第１の温度と第２の温度の差、ならびに第１の温度と第２の温度の差と質量測定誤差との間の所定の関係に基づき、半導体ウエハに関する質量測定値を補正するように構成されてよい。
【００７３】
上記で論じたように、本発明者らは、半導体ウエハ上で遂行される質量計測の測定誤差と、半導体ウエハを測定チャンバの中にロードする前の第１の温度変化部分または半導体ウエハの温度と測定チャンバの温度の間の温度差との間に相関関係が存在することを発見した。
【００７４】
したがって、所定の関係により相関関係が規定されたとき、第１の温度と第２の温度の差、および所定の関係を使用して、半導体ウエハ上で遂行される質量計測の対応する誤差測定を計算または決定することができる。
【００７５】
所定の関係は、たとえば等式、関数、グラフ、ルック・アップ・テーブル、またはデータベースの形をとってよい。
【００７６】
第１の温度と第２の温度の異なる差を得るための、１つまたは複数の半導体ウエハに関する複数の質量計測の測定、および半導体ウエハの既知の質量から所定の関係を導出してよい。
【００７７】
当該の装置を使用して複数の質量計測の測定を遂行してよい。
【００７８】
所定の関係は、典型的には装置のメモリに記憶される。
【００７９】
追加で、または代わりに、第２の温度変化ユニットを提供する場合、第１の温度と第２の温度の差に基づき第２の温度変化ユニットを制御してよい。たとえば、第１の温度が第２の温度よりも大きい場合、たとえば第１の温度と第２の温度の差を低減するように作用するように、第２の温度変化ユニットが提供する能動的冷却の量を増加させてよい。
【００８０】
第１の温度変化部分は、測定チャンバに熱的に連結された第１の熱伝達板を備えてよい。
【００８１】
第１の熱伝達板は、典型的には受動性熱伝達板である。受動性熱伝達板は、熱伝達板が冷却／加熱要素により冷却されるのでもなく、加熱されるのでもなく、むしろ取り囲んでいる周囲環境だけにより自身の温度を得ることを意味する。
【００８２】
第１の熱伝達板は、実質的に測定チャンバと熱平衡にあってよい。この場合、熱平衡は、２つの要素に関する温度差が０．１℃以下であるとして規定されなければならない。
【００８３】
第１の熱伝達板は、典型的には高い熱質量を有する材料からなる板またはブロックである。第１の熱伝達板は、典型的には高い熱質量および高い熱伝導度を有する材料からなる板またはブロックである。
【００８４】
たとえば、第１の熱伝達板は、アルミニウムなどの金属からなる板またはブロックであってよい。
【００８５】
第１の熱伝達板は、測定チャンバの外部表面上に、またはそれと一体化して提供されてよい。
【００８６】
第１の熱伝達板は、たとえば高い熱伝導度を有するボルトを使用して測定チャンバの外部表面に締められてよい。
【００８７】
第１の温度センサは、第１の熱伝達板の上に、またはその内側に提供されてよく、熱伝達板の温度を検知してよい。第１の温度センサは、第１の熱伝達板の中に、たとえば第１の熱伝達板の外面の下に埋め込むことができる。
【００８８】
第１の温度センサは、第１の熱伝達板の半導体ウエハ支持表面から１ｍｍ〜１８ｍｍの間の距離で第１の熱伝達板の中に埋め込まれてよい。たとえば第１の温度センサは、第１の熱伝達板の半導体ウエハ支持表面から２ｍｍ〜１２ｍｍの間の距離で第１の熱伝達板の中に埋め込まれてよい。これは、第１の温度センサが、半導体ウエハと接触する半導体ウエハ支持表面の温度を正確に測定することを意味してよい。
【００８９】
装置は、半導体ウエハと熱伝達板の間で熱平衡を達成するのに十分な所定の期間、熱伝達板の上に半導体ウエハをロードするように構成されてよい。
【００９０】
あるいは、第１の温度センサの出力を使用して、半導体ウエハと熱伝達板の間で熱平衡を達成するのに必要とされる時間を決定してよく、それに応じて、熱伝達板上に半導体ウエハを位置決めする時間を制御してよい。たとえば、厳密に決定された時間の間、または決定された時間に加えて所定の量の間、熱伝達板上に半導体ウエハを位置決めしてよい。これにより、所定の時間、熱伝達板上に位置決めされている半導体ウエハに比べてスループット時間が低減されることがある。
【００９１】
したがって、半導体ウエハの温度は、熱伝達板の温度と等しくなる。熱伝達板が、測定チャンバと通常は実質的に熱平衡にある場合、それによって半導体ウエハの温度は、熱伝達板上の低い熱負荷については、測定チャンバの温度に通常は実質的に等しくなる。
【００９２】
装置は、熱伝達板に半導体ウエハを締め付けるための締付機構、たとえば真空締付機構をさらに備えてよい。
【００９３】
装置は、熱伝達板への半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するための検知手段／検知機器または検知ユニットをさらに備えてよい。たとえば、検知手段／検知機器または検知ユニットは、たとえば、不完全な真空を検知するセンサであってよい。
【００９４】
半導体ウエハが熱伝達板に適切に締め付けられていない場合、半導体ウエハは、熱伝達板で適切に冷却されないことがある。したがって、半導体ウエハが熱伝達板を離れるときに熱伝達板の温度を測定する場合、半導体ウエハの温度は、（熱伝達板の温度と同じではないので）既知ではないことがあり、半導体ウエハのその後の測定温度誤差は、予測できないことがある。この場合、装置は警告を発生させてよく、適切な補正量を予測できないことがあるので、半導体ウエハに関する測定値を補正しなくてよい。
【００９５】
したがって、装置は、熱伝達板への半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するためのセンサの出力に基づき、装置の動作を制御するように構成された制御ユニットを備えてよい。たとえば、制御ユニットは、装置を制御して、装置のユーザに警告を提供してよい。制御ユニットは、すでに言及した任意の制御ユニットと同じであってよい、またはそれに付加されてよい。
【００９６】
装置は、第１の温度変化ユニットから測定チャンバへ半導体ウエハを直接に輸送するように構成された輸送手段／輸送装置または輸送機器を備えてよい。「直接に」という用語は、任意の追加ユニットで停止することがない、たとえば、任意の別の温度変化ユニットで停止することがないことを意味する。
【００９７】
当然のことながら、本発明は、１つまたは２つの温度変化部分だけを提供することに限定されず、むしろ、半導体ウエハの温度変化を任意の回数引き起こすための任意の数の温度変化部分を提供してよい。したがって、半導体ウエハの温度に一連の複数の変化を引き起こすための複数の温度変化部分が存在してよい。
【００９８】
本発明の第２の態様によれば、
半導体ウエハの重量および／または質量を測定するために測定チャンバの中に半導体ウエハを輸送する前に、第１の温度変化部分を使用して半導体ウエハの温度を変化させるステップと、
第１の温度を検知するステップであって、第１の温度は、
第１の温度変化部分の温度、または
半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときの、もしくは半導体ウエハが第１の温度変化部分から離れるときの温度
である第１の温度を検知するステップと
を備える半導体ウエハ質量計測方法が提供される。
【００９９】
本発明の第２の態様による半導体ウエハ質量計測方法は、上記で論じた第１の態様の任意選択の特徴のうち任意の１つ、または組合せ可能な場合には任意選択の特徴の任意の組合せを備えてよい。これらの任意選択の特徴については、簡潔にするためにここで明示的に繰り返さない。
【０１００】
本発明の第２の態様による方法は、追加で、または代わりに、以下の最適な特徴の任意の１つ、または組合せ可能な場合には以下の最適な特徴の任意の組合せを備えてよい。
【０１０１】
第１の温度変化部分の温度を、半導体ウエハが第１の温度変化部分の上にあるときに、または半導体ウエハが第１の温度変化部分から離れるときに測定してよい。
【０１０２】
方法は、
半導体ウエハにより引き起こされる、第１の温度変化部分の温度の変化、および／または
半導体ウエハにより引き起こされる第１の温度変化部分の最大温度
を検出するステップを備えてよい。
【０１０３】
方法は、第１の温度変化部分を使用して半導体ウエハの温度を変化させる前に、第２の温度変化部分を使用して半導体ウエハの温度を変化させるステップをさらに備えてよい。
【０１０４】
第１の温度変化部分は、半導体ウエハを受動的に冷却するためにあってよい。
【０１０５】
第２の温度変化部分は、半導体ウエハを能動的に冷却するためにあってよい。
【０１０６】
しかしながら、上記で論じたように、第１の温度変化部分も第２の温度変化部分も、半導体ウエハを能動的または受動的に加熱または冷却するためにあってよい。
【０１０７】
方法は、装置の請求項に関連して上記で論じたように、検知した第１の温度および／または検知した第１の温度の変化に基づき動作を遂行するステップを備えてよい。たとえば、動作を遂行するステップは、警告を発生させるステップを備えてよい。
【０１０８】
方法は、検知した第１の温度と、測定チャンバの温度である第２の温度との差に基づき動作を遂行するステップを備えてよい。
【０１０９】
方法は、第１の温度と第２の温度の差に基づき、
警告を発生させるステップ、または
第１の温度と第２の温度の差、ならびに第１の温度と第２の温度の差と、質量測定誤差との間の所定の関係に基づき、半導体ウエハに関する質量測定値を補正するステップ
を備えてよい。
【０１１０】
第１の温度と第２の温度の間の異なる差を得るための、１つまたは複数の半導体ウエハに関する複数の質量計測の測定、および半導体ウエハの既知の質量から所定の関係を導出してよい。
【０１１１】
温度変化部分は、測定チャンバに熱的に連結された熱伝達板を備えてよい。
【０１１２】
方法は、熱伝達板に半導体ウエハを真空締付するステップを備えてよい。
【０１１３】
方法は、熱伝達板への半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するステップをさらに備えてよい。
【０１１４】
方法は、熱伝達板への半導体ウエハの不完全な真空締付を検知するステップに基づき動作を遂行するステップを備えてよい。たとえば、動作を遂行するステップは、警告を発生させるステップを備えてよい。
【０１１５】
次に、添付図面を参照して、例のみによって本発明の実施形態について論じる。
【図面の簡単な説明】
【０１１６】
【図１】本発明の第１の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１１７】
【図２】本発明の第２の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１１８】
【図３】本発明の第３の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１１９】
【図４】本発明のいくつかの実施形態での受動性熱伝達板の概略構成を示す。
【０１２０】
【図５】図４の熱伝達板で、異なる温度センサにより測定した温度変動を示すグラフである。
【０１２１】
【図６】入ってくるウエハの温度オフセットに対する質量測定誤差を示すグラフである。
【０１２２】
【図７】半導体ウエハが熱伝達板から出る瞬間の熱伝達板の温度と測定チャンバの温度との間の差に対する質量測定誤差を示すグラフである。
【０１２３】
【図８】半導体ウエハの入ってくる温度と測定チャンバの温度との温度差に対する、半導体ウエハが熱伝達板上にある間の熱伝達板の最大温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０１２４】
図１は、本発明の第１の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１２５】
半導体ウエハ質量計測装置は、半導体ウエハを受け取るための計量皿３を有する計量天びん１を備える。計量天びん１は、計量皿３上にロードされた半導体ウエハの重量を示す測定出力を提供するように構成される。
【０１２６】
計量天びん１は、たとえば、計量天びん１の周囲にある空気の実質的に一様な空気密度、気圧、および気温を維持し、かつ隙間風を防止して電磁遮蔽を提供するために、計量天びん１の周囲に閉鎖環境を形成する計量チャンバ５（測定チャンバ）内部に位置する。計量チャンバ５は、たとえばロボットアームにより計量チャンバ５の中に半導体ウエハを輸送して、計量皿３上に位置決めすることができるようにするために、開口部（図示せず）を、たとえば計量チャンバ５の側壁内に適切なサイズのスロットを有する。使用中ではないとき、開口部は、計量天びん１を使用して測定を遂行しているときに計量チャンバ５を実質的に閉じる、または密封することができるようにするために開くことができるドアまたは覆い（図示せず）により覆われてよい。
【０１２７】
熱伝達板７（「第１の温度変化部分」）は、計量チャンバ５の最上部の上に位置決めされる。熱伝達板７は、良好な熱伝導度を有する材料（たとえばＡｌ）のブロックを備える。熱伝達板はまた、好ましくは、熱伝達板が熱を供給されたときに熱伝達板の温度がゆっくりと少ししか変化しないように高い熱質量を有し、良好な側面熱伝導度を有し、その結果、熱伝達板は、その上部表面全体にわたって実質的に一様な温度を維持する。この実施形態では、熱伝達板７は、アルミニウムから作られるが、他の実施形態では、良好な熱伝導度を有する任意の他の材料を使用してよい。
【０１２８】
熱伝達板７は、計量チャンバ５の最上部の上に直接に位置決めされ、その結果、熱伝達板７と計量チャンバ５の間に良好な熱接触が存在する。熱伝達板７は、計量チャンバ５と物理的に直接接触する。熱伝達板７は、たとえば１つまたは複数のボルト（図示せず）および／または熱伝導性接合層（図示せず）を使用して計量チャンバ５に付着してよい、または固定されてよい。
【０１２９】
熱伝達板７と計量チャンバ５の間に良好な熱接触がある結果として、熱伝達板７は、通常は計量チャンバ５と実質的に熱平衡にあってよく、したがって、（熱伝達板７上の熱負荷が低いとき）通常は計量チャンバ５と実施的に同じ温度を有してよい。計量天びん１はまた、計量チャンバ５と熱平衡にあってよく、したがって、さらにまた計量チャンバ５と実質的に同じ温度を有してよい。したがって、熱伝達板７は、通常は計量天びん１と実質的に熱平衡にあってよく、したがって、（熱伝達板７上の熱負荷が低いとき）通常は計量天びん１と実質的に同じ温度を有してよい。しかしながら、以下で論じるように、熱伝達板７上の温度負荷が高いとき、熱伝達板７の温度は、計量チャンバ５の温度から逸脱する可能性がある。
【０１３０】
使用中、測定すべき半導体ウエハを最初に熱伝達板７の上に位置決めして、半導体ウエハの温度を低減する。熱伝達板７と半導体ウエハの間で良好な熱接触を達成するために、真空締付機構を提供して、熱伝達板７に半導体ウエハを真空締付し、その結果、短期間で（たとえば、２０秒以内に熱伝達板と半導体ウエハの間で０．０１℃未満の）熱平衡を達成することができる。
【０１３１】
半導体ウエハと熱伝達板７の間で熱平衡を達成するのに十分な所定の期間、熱伝達板７上に半導体ウエハを位置決めする。通常は、熱伝達板７および計量チャンバ５は、（熱伝達板７上の熱負荷が低いとき）互いに熱平衡にあり、その結果、半導体ウエハは、計量チャンバ５の温度と同じ温度になる。
【０１３２】
半導体ウエハは、熱伝達板７により冷却された後、熱伝達板７から計量チャンバ５の中に輸送され、測定するために計量機器１の計量皿３の上に位置決めされる。
【０１３３】
半導体ウエハは、たとえば中間温度変化ユニットへ行かずに熱伝達板７から計量チャンバ５の中に直接に輸送される。詳細には、装置は、熱伝達板７から計量チャンバ５の中へ半導体ウエハを直接に輸送するように構成された輸送機構（例示せず）を備える。
【０１３４】
当然のことながら、他の実施形態では、熱伝達板７は、計量チャンバ５に対して異なる位置にあってよい。
【０１３５】
図１に示すように、熱伝達板７は、熱伝達板７の温度を測定するための、中に埋め込まれた第１の温度センサ８を有する。以下で論じるように、第１の温度センサ８を使用して、半導体ウエハが熱伝達板７上にある間、または半導体ウエハが、冷却された後に熱伝達板７を離れる瞬間に、熱伝達板７の温度を測定することができる。第１の温度センサ８を提供する利点について、第２の実施形態および第３の実施形態の議論の次に以下で論じる。
【０１３６】
第１の実施形態の他の利点について、第２の実施形態および第３の実施形態の議論の次に後で論じる。
【０１３７】
図２は、本発明の第２の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１３８】
図２の半導体ウエハ質量計測装置は、第２の熱伝達板９（「第２の熱変化部分」）をさらに備えるという点で図１の半導体ウエハ質量計測装置と異なる。第２の熱伝達板９の最下部側に複数のペルチェ素子１１を付着させる。各ペルチェ素子１１は、その最下部側にヒートシンク１３を付着させている。ペルチェ素子１１およびヒートシンク１３から熱を取り除くために、第２の熱伝達板９の最下部側の下の領域１７に気流１５を提供することができる。当然のことながら、気流の構成は、図２に示す構成と異なってよい。たとえば、送風機により領域１７の最下部から空気を吹きつけてよい。
【０１３９】
図２では、第２の熱伝達板９は、計量チャンバ５の右側に位置決めされるとして示されている。しかしながら、他の実施形態では、第２の熱伝達板９を別様に、たとえば、異なる側に、計量チャンバ５の上方もしくは下方に、または図２に例示するよりも計量チャンバ５に近く、もしくは計量チャンバ５からさらに離して位置決めすることができる。他の実施形態では、第２の熱伝達板９を熱伝達板７に直接または間接的に付着させてよい、または接続してよい。
【０１４０】
使用中、ウエハ輸送装置、たとえばＥＦＥＭのロボットアームのエンドエフェクタを使用して、ＦＯＵＰ（図示せず）から、または代わりに別の処理装置（図示せず）から半導体ウエハを取り除き、第２の熱伝達板９に半導体ウエハを輸送し、第２の熱伝達板９上に半導体ウエハを位置決めする。半導体ウエハは、ＦＯＵＰ（または他の処理装置）から取り除かれたとき、約７０℃の温度を有することがある。たとえば、半導体ウエハは、ＦＯＵＰの中にロードされる前に４００℃〜５００℃の温度まで半導体ウエハを加熱していてよい半導体素子製造ラインの処理ステーションで処理されていてよい。
【０１４１】
第２の熱伝達板９上に半導体ウエハを位置決めしたとき、半導体ウエハの温度を低減するように、半導体ウエハから第２の熱伝達板９へ熱を伝導させる。第２の熱伝達板９上に半導体ウエハをどれだけ長く位置決めするかに応じて、半導体ウエハおよび第２の熱伝達板９は、熱平衡を達成してよい（たとえば、その結果、半導体ウエハおよび第２の熱伝達板９は、実質的に同じ温度を有する）。半導体ウエハから第２の熱伝達板９への熱の伝達は、第２の熱伝達板９の温度を増加させるように作用する。その場合、半導体ウエハおよび第２の熱伝達板９の熱平衡温度は、半導体ウエハの所望の温度と異なることがある。半導体ウエハからの熱負荷に起因して第２の熱伝達板９の温度が増加するのを防止するために、第２の熱伝達板９は、半導体ウエハから取り除かれる熱負荷を能動的に散逸させるように動作可能である。詳細には、ペルチェ素子１１を動作させて、第２の熱伝達板９から熱を能動的に取り除く。換言すれば、ペルチェ素子１１に電力を供給して、第２の熱伝達板９と接触した、ペルチェ素子の上部表面から、ヒートシンク１３が付着した、ペルチェ素子１１の下部表面へ熱を伝達させる能動熱ポンプの役割をペルチェ素子１１に果たさせる。
【０１４２】
ペルチェ素子１１およびヒートシンク１３から熱を取り除くために、ペルチェ素子１１およびヒートシンク１３が位置決めされた第２の熱伝達板９の下の領域１７の中に気流１５を提供する。したがって、第２の熱伝達板９を使用して半導体ウエハから取り除かれた熱は、気流１５により輸送され、計量装置の計量チャンバ５から離れて散逸し、その結果、この熱は、計量装置の温度に影響をまったく及ぼさない。たとえば領域１７の中に、またはその縁部に位置決めされた１つまたは複数の送風機により気流１５を発生させてよい。換言すれば、第２の熱伝達板９から熱を能動的に散逸させる。
【０１４３】
上述のように、第２の熱伝達板９から熱を能動的に散逸させることにより、第２の熱伝達板９の温度増加を引き起こす熱が第２の熱伝達板９の中で高まるのを防止する。この実施形態では、半導体ウエハから取り除かれた熱は、第２の熱伝達板９により散逸させることにより、効果的に／効率的に捨てられる。これにより、第２の熱伝達板９を使用して半導体ウエハの温度をより精密に／正確に制御可能にしてよい。
【０１４４】
第２の熱伝達板９を動作させて、半導体ウエハから熱負荷の大部分を取り除き、その結果、半導体ウエハの温度は、半導体ウエハが計量皿３の上に位置決めされたときに半導体ウエハの所望の温度近くまで低減している。第２の熱伝達板９は、所望の温度まで半導体ウエハの温度を低減するために取り除く必要がある熱の９０％以上、または９５％以上、または９９％以上を取り除いてよい。言い換えれば、第２の熱伝達板９は、半導体ウエハが計量皿３上に位置決めされたとき、半導体ウエハの初期温度から所望の温度まで半導体ウエハの温度を低減するのに必要とされる温度変化の９０％以上、または９５％以上、または９９％以上を引き起こしてよい。
【０１４５】
典型的には、半導体ウエハの温度を計量チャンバ５の温度に実質的に一致させることは望ましく、その結果、計量皿３の上に半導体ウエハがロードされたとき、半導体ウエハと計量チャンバ５の温度差は実質的にまったくない（したがって、半導体ウエハと計量天びん１の温度差は実質的にまったくない）。この実施形態では、第２の熱伝達板９は、計量チャンバ５の温度の±１℃以内まで半導体ウエハを冷却してよい。たとえば、計量チャンバが２０℃の温度を有する場合、第２の熱伝達板９は、（２０±１）℃の温度まで半導体ウエハを冷却してよい。しかしながら、他の実施形態では、第２の熱伝達板９により提供される冷却量は、最低でも、半導体ウエハが必要とする温度変化の５０％以上、好ましくは８０％以上を第２の熱伝達板９が提供するという条件で、上記と異なってよい。
【０１４６】
半導体ウエハは、第２の熱伝達板９を使用して所望の温度近くの温度まで冷却されると、ウエハ輸送装置を使用して第１の熱伝達板７まで輸送される。好ましくは、第２の熱伝達板９まで半導体ウエハを輸送するために使用したのと異なるウエハ輸送装置を使用して、第１の熱伝達板７まで半導体ウエハを輸送する。この実施形態では、ＥＦＥＭのロボットアームの２つの異なるエンドエフェクタを使用して、２つの異なる輸送ステップを遂行する。第２の熱伝達板９まで半導体ウエハを輸送するエンドエフェクタは、半導体ウエハ９により加熱されてよい。同じエンドエフェクタを使用して、冷却された半導体ウエハを第２の熱伝達板９から熱伝達板７まで輸送する場合、同じエンドエフェクタは、半導体ウエハに熱を戻して輸送することがあり、それにより、半導体ウエハの温度を変化させる。この問題を、第２の輸送ステップのために、異なるエンドエフェクタを使用することにより回避してよい。エンドエフェクタは、半導体ウエハを支持することができる表面、たとえば半導体ウエハの真下に位置決めされた支持物であってよい。エンドエフェクタは、エンドエフェクタにより半導体ウエハを輸送している間、半導体ウエハを所定の場所に把持する、または締め付けるための何らかの手段／機器／ユニットを有してよい。
【０１４７】
１つまたは複数のエンドエフェクタは、１つまたは複数のエンドエフェクタと半導体ウエハの間で熱伝達を最小にするために、１つまたは複数のエンドエフェクタと半導体ウエハの間に最小の、または低減した熱接触領域が存在するように構成されてよい。たとえば、１つまたは複数のエンドエフェクタは、半導体ウエハの縁部だけで半導体ウエハと接触してよい。代わりに、または追加で、１つまたは複数のエンドエフェクタは、１つまたは複数のエンドエフェクタと半導体ウエハの間の熱伝達を最小にするために、劣った熱伝導度を有する１つまたは複数の材料、すなわち、断熱材から作られてよい。
【０１４８】
上記で論じたように、熱伝達板７上に半導体ウエハを位置決めするとき、半導体ウエハと熱伝達板７の間に良好な熱接触が存在する。したがって、半導体ウエハは、半導体ウエハから熱伝達板７へ熱が伝導することにより冷却される。半導体ウエハが熱伝達板７上に位置決めされる時間の長さに応じて、半導体ウエハおよび熱伝達板７は、実質的に熱平衡になってよく、その結果、実質的に同じ温度を有する。この実施形態では、半導体ウエハは、熱平衡を達成するのに十分な期間、たとえば６０秒間、熱伝達板７上に位置決めされてよい。
【０１４９】
半導体ウエハは、熱伝達板７上に位置決めされる前に、すでに第２の熱伝達板９により自身の熱負荷の大部分を取り除かれている。したがって、温度均一化中の熱伝達板７上の温度負荷は非常に低く、したがって、（高い熱質量を有する）熱伝達板７および計量チャンバ５の温度は、（熱伝達板７上の熱負荷が低いとき）温度均一化中に実質的に一定のままである。追加で、比較的少ない熱を交換して、熱伝達板７を用いて半導体ウエハを熱平衡にしなければならない。しかしながら、多くの半導体ウエハを測定している場合、熱伝達板上の熱負荷は、依然として計量チャンバ５の温度から熱伝達板７の温度を少し逸脱させるのに十分であることがある。
【０１５０】
したがって、本実施形態を用いる場合、半導体ウエハから熱負荷の大部分を取り除くステップおよび半導体ウエハの温度を等しくするステップが分離されているので、半導体ウエハの温度を所望の温度により正確に／精密に等しくすることが可能であってよい。たとえば、本実施形態を用いると、半導体ウエハの温度を計量チャンバ５の温度に０．１℃未満の精度まで、または０．０１℃未満の精度まで、またはさらには０．００１℃のオーダーの精度まで一致させることが可能であってよい。
【０１５１】
半導体ウエハの温度が熱伝達板７の温度に実質的に等しいとき（たとえば、半導体ウエハが所定の期間、熱伝達板７の上にあったとき）、半導体ウエハは、ウエハ輸送装置により熱伝達板７から計量皿３へ輸送される。次いで、計量天びん１を使用して、半導体ウエハの重量を示す測定出力を提供する。
【０１５２】
第１の実施形態と同様に、熱伝達板７の中に第１の熱センサ８を埋め込んで、熱伝達板７の温度を測定する。そのような第１の温度センサ８を提供する利点について、第３の実施形態の議論の次に以下で論じる。
【０１５３】
本発明の第２の実施形態の別の特徴について、第３の実施形態の議論の次に以下で論じる。
【０１５４】
図３は、本発明の第３の実施形態による半導体ウエハ質量計測装置を示す。
【０１５５】
第２の実施形態と第３の実施形態の主要な差は、第２の熱伝達板９の位置決めである。第３の実施形態では、第２の熱伝達板９は、熱伝達板７の上方に積み重ねられる。熱伝達板７と第２の熱伝達板９の間に熱的間隙１９が、たとえば空隙、または絶縁材料の層が位置決めされ、その結果、熱伝達板７、９は、熱伝達板７、９の間で実質的に熱がまったく通過できないように、実質的に互いに熱的に絶縁される。
【０１５６】
半導体素子製造施設では多くの場合、所用床面は制限される。したがって、所用床面を節約するために、熱伝達板７の上方に第２の熱伝達板９を、すなわち、図３に示す配列に類似して積み重ねることは有利であることがある。この配列では、半導体ウエハは、熱伝達板７、９と計量皿３の間で垂直に輸送される。
【０１５７】
本発明の第１の実施形態から第３の実施形態の別の特徴について以下でさらに論じる。
【０１５８】
図１〜図３に例示する配列は、例示的配列でしかなく、本発明では、測定チャンバおよび温度変化部分の他の構成が可能であり、上記の開示から当業者に明らかになるであろう。
【０１５９】
さらに、他の実施形態では、熱伝達板７、９は、半導体ウエハを能動的または受動的に加熱または冷却する他のタイプの熱変化部分と置換されてよい。
【０１６０】
上記で論じたように、本発明者らは、上記で論じた実施形態のいずれでも、および他の可能な実施形態で、一連の半導体ウエハを測定するとき、熱伝達板７の温度は、計量チャンバ５の温度から経時的に逸脱する可能性があり、その結果、温度は同じではないことを理解している。この温度差は、（以下でより詳細に論じるように）半導体ウエハに関する質量測定でその後の誤差を引き起こす可能性がある。
【０１６１】
したがって、本発明の実施形態では、温度センサを提供して、半導体ウエハが第１の温度変化部分上にあるときに、または第１の温度変化部分から離れるときに熱伝達板７の温度または半導体ウエハの温度を測定する。
【０１６２】
図１〜図３では、熱センサ８は、熱伝達板７の温度を測定するために、熱伝達板７の中に埋め込まれているとして示されている。しかしながら、代わりに熱伝達板７の表面上に温度センサを提供してよい。別の実施形態では、温度センサは、熱伝達板７と直接に接触しない非接触温度センサ、たとえばＩＲに基づく温度センサであってよい。
【０１６３】
図４は、本発明の例示する実施形態による熱伝達板７のある例の概略図を示す。図４では、熱伝達板７の温度の測定を例示するために、熱伝達板７上のさまざまな異なる位置にいくつかの異なる温度センサを提供している。具体的には、熱伝達板７の内側の、異なる深さおよび高さに温度センサＲＴＤ＃５〜ＲＴＤ＃９を提供している。実際には、単一温度センサだけを提供してよい。
【０１６４】
温度センサの位置が温度センサによる温度測定に及ぼす影響を例示するために、図４では多重温度センサを提供する。しかしながら、実際には単一温度センサだけまたは小数の温度センサを提供する。たとえば、半導体ウエハのウエハ支持表面に実際上できるだけ近く単一温度センサを提供してよい。
【０１６５】
図５は、測定に先だって熱伝達板７の上に一連の熱い半導体ウエハを順次ロードしたとき、温度センサＲＴＤ＃５〜ＲＴＤ＃９により経時的に測定した温度を示す。図５に示すように、熱伝達板７の温度は、熱伝達板７の上に一連の熱い半導体ウエハをロードしたとき、熱伝達板７上の高い温度負荷に起因して、経時的に増加する。
【０１６６】
熱伝達板７のこの急速な温度増加は、熱伝達板７の温度が測定チャンバの温度から逸脱し、上記で論じた質量測定でその後の誤差につながることを意味することがある。この逸脱およびその後の誤差は、図１の実施形態において熱伝達板７上のより大きな温度負荷に起因して、図２および図３の実施形態よりも図１の実施形態でより大きくなる。
【０１６７】
さらに、図５のグラフは、半導体ウエハが熱伝達板７上に位置決めされたとき、熱伝達板の温度が変化すること、詳細には、熱伝達板７の上に半導体ウエハがある間、半導体ウエハと熱伝達板７の温度差により引き起こされた熱伝達板７の温度のピークまたはスパイクが存在することを示す。
【０１６８】
本発明のいくつかの実施形態では、このピーク／スパイクを半導体ウエハごとに検出または測定してよく、この情報を使用して、半導体ウエハが熱伝達板７に到着したときの半導体ウエハの温度を計算してよい。以下で論じるように、次いで、入ってくるウエハの計算された温度に基づき装置または別個の機器の動作を制御してよい。
【０１６９】
図６は、半導体ウエハが熱伝達板７上に置かれたときの半導体ウエハの初期温度と、サンプル時間での測定チャンバの温度との差に対する、半導体ウエハに関するその後の質量測定での誤差を例示する実験データのグラフである。
【０１７０】
図６から、半導体ウエハが温度転写プレート７上に置かれたときの半導体ウエハの温度と、サンプル時間での測定チャンバの温度の間に大きな差が存在するとき、それにより、その後の質量測定で著しい誤差が引き起こされる可能性があることは明白である。これは、熱伝達板７の温度を測定チャンバの温度から経時的に逸脱させる、熱伝達板７上の大きな温度負荷に起因する。
【０１７１】
図６中の異なる点線は、異なる半導体ウエハから得られたデータを例示する。データは、測定チャンバでの測定に先だって熱伝達板７に半導体ウエハを受け渡す前に、測定チャンバの温度に比べて異なる温度範囲まで、異なる半導体ウエハを加熱または冷却することにより得られた。
【０１７２】
図７は、その後の測定での質量誤差と、半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の熱伝達板７と計量チャンバ５の温度差との間の関係を例示する、図６と同じ半導体ウエハに関する実験データのグラフである。
【０１７３】
図７から理解することができるように、その後の測定での質量誤差と、半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の熱伝達板７と計量チャンバ５の温度差との間に相関関係が存在する。詳細には、線形（直線）関係が存在する。
【０１７４】
したがって、この相関関係が、たとえば以前に遂行した実験から既知である場合、熱伝達板７と半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の計量チャンバ５との温度差から、半導体ウエハに対して遂行するその後の質量測定の誤差を決定することが可能である。
【０１７５】
図８は、半導体ウエハの入ってくる温度と測定チャンバの温度との温度差に対する、半導体ウエハが熱伝達板７上にある間の、熱伝達板７の最大温度変化を示すグラフである。図８に示すように、半導体ウエハが熱伝達板７上にある間の、熱伝達板７の最大温度変化は、半導体ウエハの入ってくる温度と測定チャンバの温度との温度差と相関関係がある（グラフ上の線は直線である）。したがって、本発明の実施形態では、半導体ウエハが熱伝達板７上にある間の、熱伝達板７の最大温度変化を検出または測定し、この情報を使用して、図８に例示する関係などの所定の関係を使用して、半導体ウエハの入ってくる温度と測定チャンバの温度との温度差を決定する。
【０１７６】
上記の例では熱伝達板７の温度を測定するが、他の実施形態では、半導体ウエハ自体の温度を直接に測定してよい。
【０１７７】
本発明のいくつかの実施形態では、第２の温度センサを提供して、計量チャンバ５の温度を測定する。あるいは、計量チャンバ５の温度は、特定の温度になるように精密に制御されてよく、その結果、第２の温度センサは不要になる。
【０１７８】
いくつかの実施形態では、装置は、熱伝達板７（または半導体ウエハ）の測定温度を計量チャンバ５の測定温度または既知の温度と比較する制御ユニットを具備する。たとえば、制御ユニットは、減算によりこれらの温度の差を計算してよい。
【０１７９】
この比較に基づき、制御ユニットは、次いで装置の動作、または別個の機器もしくは装置の動作を制御してよい。
【０１８０】
第１の例では、熱伝達板７の温度が計量チャンバ５の温度と同じではない場合、または所定の量よりも多くの量だけ異なる場合、制御ユニットは、警告を提供するように構成されてよい。
【０１８１】
たとえば、装置は、視覚的警告を表示する表示装置を有してよい。あるいは、装置は、可聴警告を提供するスピーカを有してよい。
【０１８２】
警告は、質量測定値に誤りがあるかもしれないと装置の操作者に警告を発する。
【０１８３】
第２の例では、制御ユニットは、比較に基づき半導体ウエハに関する質量測定値を補正するように構成されてよい。詳細には、制御ユニットは、質量測定誤差と、熱伝達板７（または半導体ウエハ）と計量チャンバ５の温度の温度差との間の所定の関係をメモリに記憶してよい。したがって、熱伝達板７（または半導体ウエハ）の温度と、半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の計量チャンバ５の温度との間の温度差を所定の関係の中に入力することにより、予測される質量測定誤差を出力することができ、次いで、予測される質量測定誤差を使用して、半導体ウエハに関する質量測定値を補正することができる。
【０１８４】
熱伝達板７（または半導体ウエハ）の温度と、半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の計量チャンバ５の温度との間の差が異なる半導体ウエハに関する複数の質量測定を遂行することにより得られる、図７に例示する実験データなどの実験データに基づき、所定の関係を決定してよい。たとえば、所定の関係は、図７の線形関係の等式であってよい、または代わりに何らかの他の関係からなるルック・アップ・テーブルであってよい。
【０１８５】
この手法で質量測定値を補正するということは、大きな温度オフセットにより引き起こされる誤差を補正することができるので、これまで可能であったよりも熱いウエハを熱伝達板７に直接に受け渡すことができることを意味する。これは、いくつかの実施形態では、装置が図２および図３の第２の熱伝達板９を提供する必要がなくてよいことを意味する。そのような能動性熱伝達板９は、費用のかかる構成要素であり、したがって、その後の測定誤差を補正することにより適切な精度を維持しつつも、この構成要素を省くことができる場合、装置はより費用効果的である。
【０１８６】
最高の精度を求めて、図２および図３のように、第２の熱伝達板９を追加で提供することができる。
【０１８７】
第２の熱伝達板９を提供する代替実施形態では、半導体ウエハが熱伝達板７を離れる瞬間の、熱伝達板７（または半導体ウエハ）と計量チャンバ５の温度の所定の差を使用して、第２の熱伝達板９の動作を変えることができる。たとえば、第２の熱伝達板９の温度が計量チャンバ５の温度よりも大きいと判断される場合、熱伝達板７（または半導体ウエハ）と計量チャンバ５の温度の下流での温度差を低減するために、能動性熱伝達板９により提供される冷却量を増加させてよい。
【０１８８】
追加で、または代わりに、本発明の実施形態では、半導体ウエハが熱伝達板７上にある間、熱伝達板７の最大温度変化を測定してよく、この情報を代わりに使用して、第２の熱伝達板の動作を制御してよく、たとえば、半導体ウエハを熱伝達板７上に置いたとき、熱伝達板７のその後の温度変化を低減するために、能動性熱伝達板９により提供される冷却量を増加させてよい。
【０１８９】
当然のことながら、上記で論じたオプションは、相互に排他的ではなく、任意の順で組み合わせることができる。たとえば、制御ユニットは、半導体ウエハの質量測定値を補正するように、または第２の熱伝達板の動作を制御するように、または警告を提供して、第２の熱伝達板の動作を制御するように、または警告を提供して、半導体ウエハに関する質量測定値を補正するようになど、構成されてよい。
【０１９０】
上述のように、装置は、熱接触を確実にするために、熱伝達板７に半導体ウエハを真空締付するための真空締付機構を備えてよい。しかしながら、著しく曲がったウエハは、熱伝達板７に適切に締め付けられず、したがって、提供された時間内で熱伝達板７との熱平衡を達成しない。
【０１９１】
したがって、センサ、または他の検出手段／機器／ユニットを提供して、熱伝達板７への半導体ウエハの不完全な真空締付を検出してよい。不完全な真空締付を検出して、熱伝達板７の温度を測定している場合、半導体ウエハの温度が既知ではないので、質量測定誤差の決定は不可能である。したがって、不完全な真空締付を検出したとき、装置は、質量測定値を補正せずに、代わりに警告を発行するように構成されてよい。
【０１９２】
装置は、不完全な真空締付を検出したとき、動作を、たとえば、警告を発生させる動作を遂行するように構成されてよい。
【０１９３】
当然のことながら、本発明の他の実施形態では、上記で論じた実施形態の熱伝達板の代わりに、１つまたは複数の他のタイプの熱変化部分を提供してよい。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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