KR20230098696A - 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치 및 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법 - Google Patents
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Abstract
반도체 웨이퍼 질량 계측 장치는: 반도체 웨이퍼의 무게 및/또는 질량을 측정하기 위한 측정 챔버; 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 이송되기 전에 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키기 위한 제 1 온도 변화부; 및 제 1 온도를 센싱하기 위한 제 1 온도 센서를 포함하고, 제 1 온도는 제 1 온도 변화부의 온도; 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 반도체 웨이퍼의 온도이다.
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치 및 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법에 관한 것이다.
특히, 본 발명은 반도체 웨이퍼가 측정 영역 내로 이송되기 전 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키도록 사용되는 온도 변화부의 온도, 또는 온도 변화부에 의해 온도가 변화되는 반도체 웨이퍼의 온도가 측정되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치 및 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법에 관한 것이다.
마이크로전자 디바이스들은, 예를 들어, 증착 기법들 (CVD, PECVD, PVD, 등) 및 제거 기법들 (예를 들어, 화학적 에칭, CMP, 등) 을 포함하는 다양한 기법들을 사용하여 반도체 (예를 들어, 실리콘) 웨이퍼들 상에서 제조된다. 반도체 웨이퍼들은 또한, 예를 들어, 세정, 이온 주입, 리소그래피 등에 의해, 이들의 질량을 변경하는 방식들로 처리될 수도 있다.
제조될 디바이스에 따라, 반도체 웨이퍼 각각은 궁극적인 동작을 위해 필요한 층들 및 재료들을 축적 (build up) 및/또는 제거하기 위한 수백의 상이한 프로세싱 단계들을 순차적으로 통과할 수도 있다. 사실상, 반도체 웨이퍼 각각은 생산 라인 아래로 통과한다.
동작이 적절히 평가될 수 있는, 생산 라인의 종료에 도달하는데 걸리는 시간과 함께 완전한 실리콘 웨이퍼를 생성하기 위해 요구된 프로세싱 단계들의 비용 및 복잡성은 생산 라인의 장비의 동작 및 프로세싱 내내 프로세싱될 웨이퍼들의 품질을 모니터링하려는 욕구를 야기하여, 성능의 신뢰성 및 최종 웨이퍼들의 수율이 보장될 수도 있다.
웨이퍼 처리 기법들은 통상적으로 반도체 웨이퍼 (예를 들어, 반도체 웨이퍼에서 웨이퍼의 표면 상 또는 반도체 웨이퍼 대부분) 의 질량의 변화를 유발한다. 반도체 웨이퍼에 대한 변화들의 구성은 종종 디바이스의 기능에 필수적이어서, 올바른 구성을 가지고 있는지 여부를 결정하기 위해, 생산 동안 웨이퍼들을 평가하기 위해 품질 제어 목적들에 바람직하다.
프로세싱 단계의 양쪽에서 웨이퍼의 질량의 변화를 측정하는 것은 생산 웨이퍼 계측을 구현하기 위한 매력적인 방법이다. 이는 상대적으로 저비용, 고속이고 상이한 웨이퍼 회로 패턴들을 자동으로 수용할 수 있다. 이에 더하여, 이는 대안적인 기법들보다 높은 정확도의 결과들을 종종 제공할 수 있다. 예를 들어, 많은 통상적인 재료들에 따라, 재료 층들의 두께는 원자 스케일까지 분해될 수 있다. 문제의 웨이퍼는 관심있는 프로세싱 단계 전 후에 무게가 측정된다. 질량의 변화는 웨이퍼의 생산 장비 및/또는 목표된 속성들의 성능에 상관된다.
반도체 웨이퍼들 상에서 수행된 프로세싱 단계들은 반도체 웨이퍼의 질량의 매우 작은 변화들을 유발할 수 있고, 이는 고정확도를 측정하는데 바람직할 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼의 표면으로부터 소량의 재료를 제거하는 단계는 수 mg만큼 반도체 웨이퍼의 질량을 감소시킬 수도 있고, 대략 ± 100 ㎍ 이상의 분해능의 이 변화를 측정하는데 바람직할 수도 있다.
이 고레벨들의 측정 정확도로, 측정된 반도체 웨이퍼들의 온도 변동에 의해 유발된 측정값 출력 또는 측정 저울의 온도의 에러들은 상당해질 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼와 측정 저울 또는 인클로저 사이의 대략 0.005 ℃의 온도 차는 반도체 웨이퍼의 결정된 질량의 대략 5 ㎍의 에러 (또는 질량의 변화) 를 유발할 수도 있다. 예를 들어, 측정 장치를 사용하여 측정될 반도체 웨이퍼들로부터 열 부하에 의해 유발된, 측정 장치 (즉, 온도 불균일) 의 상이한 부품의 사이의 온도의 변동들은 측정값 출력의 에러들을 유발할 것이다. 이에 더하여, 반도체 웨이퍼들이 측정 장치의 측정 인클로저보다 고온을 가지면, 기류 (예를 들어, 대류 전류) 가 측정 인클로저의 공기에 생성될 수도 있고, 이는 측정값 출력에 영향을 줄 수도 있다. 이에 더하여, 측정 인클로저 내 공기는 가열될 수도 있어서, 밀도 및 압력을 변화시키고, 따라서 공기에 의해 반도체 웨이퍼에 부력 (buoyancy force) 을 가한다. 이는 또한 측정값 출력에 영향을 줄 수도 있다. 이들 효과들의 크기들은 일반적으로 중요하지 않게 여겨지고, 보다 낮은 정확도 질량 측정값들, 예를 들어 대략 ㎎ 분해능으로 수행된 측정값들에서 무시된다 (또는 검출되지 않는다).
상대적으로 긴 시간 기간 (예를 들어, 대략 수 시간) 에 걸쳐 천천히 발생하는 온도 변화들은 주기적으로 캘리브레이팅하는 측정 장치에 의해 본질적으로 설명될 수도 있고, 또는 비교의 측정들을 수행함으로써 본질적으로 감산될 수도 있다. 그러나, 보다 신속하게 발생하는 (예를 들어, 복수의 반도체 웨이퍼들로부터 고 열 부하로 인한) 온도 변화들은 동일한 방식으로 설명하거나 감산하기 보다 어려울 수도 있다.
반도체 웨이퍼의 온도는 생산 라인에서 프로세싱된 직후 400 내지 500 ℃ 이상일 수도 있다. 프로세싱 후 반도체 웨이퍼는 생산 라인의 상이한 프로세싱 위치들 사이의 이송을 위해 다른 최근 프로세싱된 반도체 웨이퍼들 (예를 들어, 총 25) 과 함께 FOUP (Front Opening Unified Pod) 내로 로딩될 수도 있다. FOUP가 반도체 웨이퍼들의 무게를 측정하기 위한 계량 디바이스 (weighing device) 에 도착할 때, 반도체 웨이퍼들의 온도는 여전히, 높을, 예를 들어 70 ℃ 이상일 수도 있다. 반대로, 계량 디바이스의 온도는 대략 20 ℃일 수도 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼들과 계량 디바이스 사이에 상당한 온도 차가 있을 수도 있다. 상기 논의된 바와 같이, 반도체 웨이퍼와 계량 디바이스 사이의 상당한 온도 차가 무게 측정값들의 에러들을 유발할 수도 있다. 고 정확도 무게 측정들에 대해, 매우 작은 온도 차들 (예를 들어, 1 ℃ 미만, 예를 들어 0.001 ℃) 에 의해 유발된 에러들마저 상당할 수도 있다.
WO02/02449는 측정 저울 또는 측정될 반도체 웨이퍼들의 온도 변동들에 의해 유발된 측정값 출력들의 에러들을 감소시킬 것을 목표로 하는 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법을 기술한다. WO02/02449에 기술된 방법에서 반도체 웨이퍼가 FOUP (Front Opening Unified Pod) 로부터 제거되고 계량 장치의 측정 영역에 배치되기 전 계량 장치의 챔버에 열적으로 커플링되는 패시브 (passive) 열 전달 플레이트 상에 배치된다. 패시브 열 전달 플레이트는 ± 0.1 ℃ 이내로 챔버의 온도로 반도체 웨이퍼의 온도를 동등하게 한다. 이 온도 등가화는 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 로딩될 때 상기 논의된 잠재적 에러들을 감소시킬 수도 있다. 따라서 이 방법은 측정값을 취하기 전 반도체 웨이퍼의 온도 등가화가 없는 방법에 상대적으로 측정값 출력을 보다 정확하게 할 수도 있다.
WO2015/082874는 WO02/02449에 기술된 방법의 계량 장치의 챔버 상에 상당한 열 부하가 있을 수도 있다는 것을 개시한다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼들이 무게 측정을 수행하기 전 열 전달 플레이트에 의해 대략 70 ℃로부터 대략 20 ℃로 냉각되는 일련의 반도체 웨이퍼들에 대한 일련의 무게 측정을 수행할 때, 반도체 웨이퍼들의 계량 장치의 챔버 상에 대략 수십 W의 열 부하, 예를 들어 대략 50 W 내지 100 W, 예를 들어, 75 W (시간 당 대략 60 웨이퍼들을 가정함) 의 열 부하가 있을 수도 있다.
상기 논의된 바와 같이, 이 열 부하는 계량 장치의 온도로 하여금 (예를 들어, 계량 장치의 저울의 온도) 상승하거나 불균일하게 될 수도 있고, 계량 장치에 의해 수행된 무게 측정값들의 대응하는 에러들을 유발할 수도 있다. 이에 더하여, 이 열 부하는 계량 장치에 의해 수행된 무게 측정값들의 대응하는 에러들을 또한 유발할 수 있는, 기류 (예를 들어, 대류 전류) 및 저울 근방의 공기 밀도 및 압력의 변화들을 유발할 수 있다. 결과로서, 계량 장치의 정확도가 감소될 수도 있다. 이들 효과들은 고 정확도 측정, 예를 들어 약 ± 100 ㎍ 이상의 정확도를 갖는 측정을 수행할 때 상당할 수도 있다. 예를 들어, 그 반도체 웨이퍼와 계량 장치 사이의 온도 차에 의해 유발된 공기 밀도의 변화 및 대류 전류로 인해, 제 1 (또는 단일 분리된) 반도체 웨이퍼가 계량 장치를 사용하여 측정될 때, 측정 결과값들의 변화가 관찰될 수도 있다.
WO2015/082874는 계량 장치 상의 열 부하를 감소시키기 위해, 반도체 웨이퍼의 온도를 계량 장치의 온도로 등가화하도록 열 전달 플레이트를 사용하기 전 반도체 웨이퍼로부터 열 부하의 대부분을 제거하는 것을 개시한다.
따라서, 열 전달 플레이트의 온도는 온도 등가화 동안 상당히 변화되지 않아야 하고, 반도체 웨이퍼의 온도는 따라서 목표된 온도 (즉, 열 전달 플레이트의 원래 온도) 로 보다 정확하게/정밀하게 등가화될 것이다.
WO2015/082874에 개시된 일 실시예에서, 대부분의 열 부하는 액티브 (active) 열 전달 플레이트를 사용하여 반도체 웨이퍼들로부터 제거되고 반도체 웨이퍼들의 온도는 측정 챔버의 상부 표면 상에 장착되고 측정 챔버와 열 평형인, 패시브 열 전달 플레이트를 사용하여 측정 챔버의 온도에 등가화된다. WO2015/082874에 개시된 구체적인 예에서, 열 전달 플레이트는 고 열 전도도를 갖는 볼트들을 사용하여 측정 챔버에 볼트연결된 (bolted) 알루미늄 플레이트이다.
본 발명자들은 논의된 배열들에서 열 전달 플레이트에 의해 냉각된 후, 열 전달 플레이트의 온도, 및 따라서 반도체 웨이퍼의 온도를 측정 챔버의 온도로부터 상이하게 할 수도 있고, 따라서 측정이 반도체 웨이퍼 상에서 수행될 때 상기 논의된 다양한 측정 에러들을 유발한다는 것을 인식하였다. 이는 다수의 핫 (hot) 반도체 웨이퍼들을 냉각할 때 열 전달 플레이트 상의 고온 부하로 인한 것이다.
본 발명자들은 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 이송되기 전 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키도록 사용되는 온도 변화부의 온도, 또는 온도 변화부에 의해 온도가 변화되는 반도체 웨이퍼의 온도를 측정함으로써 반도체 웨이퍼 질량 계측의 정확도가 개선될 수 있다는 것을 인식하였다.
따라서, 가장 일반적으로 본 발명은 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 이송되기 전 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키도록 사용되는 온도 변화부의 온도, 또는 온도 변화부에 의해 온도가 변화되는 반도체 웨이퍼의 온도가 측정되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치 또는 방법을 제공한다.
이하에 논의된 바와 같이, 측정된 온도가 반도체 웨이퍼 질량 계측의 정확도를 개선하도록 사용될 수 있는, 다양한 상이한 방식들이 있다.
본 발명의 제 1 양태에 따라, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치에 있어서,
반도체 웨이퍼의 무게 및/또는 질량을 측정하기 위한 측정 챔버;
반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 이송되기 전에 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키기 위한 제 1 온도 변화부; 및
제 1 온도를 센싱하기 위한 제 1 온도 센서를 포함하고, 제 1 온도는:
제 1 온도 변화부의 온도; 또는
반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 반도체 웨이퍼의 온도인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치가 제공된다.
따라서, 본 발명의 제 1 양태에서, 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 제 1 온도 변화부의 온도, 또는 반도체 웨이퍼의 온도가 측정된다.
본 발명의 제 1 양태에 따른 장치는 선택가능하게, 이하의 선택가능한 피처들 중 임의의 하나 또는 조합가능한, 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
통상적으로, 제 1 온도 변화부는 반도체 웨이퍼의 온도를 감소시키기 위한 것일 수 있다. 달리 말하면, 제 1 온도 변화부는 통상적으로 냉각부이다. 그러나, 대안적으로 제 1 온도 변화부는 반도체 웨이퍼의 온도를 상승시키기 위해 반도체 웨이퍼을 가열하도록 구성되는 가열부일 수도 있다.
통상적으로, 반도체 웨이퍼는 제 1 온도 변화부를 떠난 직후, 예를 들어 어떠한 중간 단계들 없이, 그리고 특히 반도체 웨이퍼의 어떠한 의도적인 추가 액티브 냉각 또는 패시브 냉각 없이 측정 챔버 내로 이송될 것이다. 이는 적합하게 구성된 이송 메커니즘을 갖는 장치에 의해 달성될 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 제 1 온도 변화부로부터 측정 챔버 내로 직접 이송하도록 구성되는 이송기가 제공될 수도 있다.
반도체 웨이퍼는 반도체 웨이퍼와 제 1 온도 변화부 사이의 물리적 콘택트가 없을 때 제 1 온도 변화부를 남겨야 하는 것으로 고려될 수도 있다.
측정 챔버는 측정 영역을 부분적으로 또는 완전히 인클로징할 (enclose) 수도 있다.
측정 영역은 반도체 웨이퍼의 질량 및/또는 무게를 나타내는 정보를 출력하기 위한 계량 디바이스, 예를 들어 부하 셀을 포함할 수도 있다.
제 1 온도 변화부는 반도체 웨이퍼를 수동적으로 냉각하기 위한 것일 수도 있다. 패시브로 냉각은 제 1 온도 변화부가 Peltier와 같은, 열전 (thermoelectric) 냉각 디바이스와 같은, 임의의 전력공급된 냉각 수단/디바이스를 포함하지 않는다는 것을 의미한다. 대안적으로, 제 1 온도 변화부는 예를 들어 Peltier와 같은, 열전 냉각 디바이스와 같은 전력공급된 냉각 수단/디바이스를 사용하여 반도체 웨이퍼를 액티브로 냉각하기 위한 것일 수도 있다.
대안적으로, 상기 논의된 바와 같이, 제 1 온도 변화부는 대안적으로 반도체 웨이퍼를 패시브로 또는 액티브로 가열하기 위한 것일 수도 있다.
장치는 반도체 웨이퍼를 액티브로 냉각하기 위한 제 2 온도 변화부를 더 포함할 수도 있다. 액티브로 냉각은 제 2 온도 변화부가 Peltier와 같은, 열전 냉각 디바이스와 같은, 전력공급된 냉각 디바이스를 포함한다는 것을 의미한다.
대안적으로, 제 2 온도 변화부는 예를 들어 전력공급된 가열기 또는 가열 엘리먼트를 사용하여 반도체 웨이퍼를 액티브로 가열하기 위한 것일 수도 있다.
대안적으로, 장치는 반도체 웨이퍼를 패시브로 냉각하기 위한 제 2 온도 변화부를 더 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 2 온도 변화부는 공기 냉각된 패시브 열 전달 플레이트를 포함할 수도 있다. 패시브 열 전달 플레이트의 공기 냉각은 예를 들어 팬 (fan) 을 사용하여 패시브 열 전달 플레이트 위로 공기를 불어 달성될 수도 있다.
대안적으로, 제 2 온도 변화부는 반도체 웨이퍼를 패시브로 가열하기 위한 것일 수도 있다.
대안적으로, 제 2 온도 변화부는 제 2 온도 변화부 위로 또는 이를 통한 공기의 흐름으로 반도체 웨이퍼를 열 평형이 되게 함으로써 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키도록 구성될 수도 있다.
제 2 온도 변화 디바이스는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화 디바이스에 의해 냉각되기 전 반도체 웨이퍼로부터 대부분의 열 부하를 제거하도록 사용될 수도 있다. 따라서 반도체 웨이퍼들을 냉각하는 것으로부터 제 1 온도 변화 디바이스 상의 열 부하가 감소된다.
대안적으로, 제 2 온도 변화 디바이스는 제 1 온도 변화 디바이스의 온도 약간 이하의 온도로 반도체 웨이퍼를 냉각할 수도 있고, 이어서 제 1 온도 변화 디바이스가 반도체 웨이퍼를 가열할 수도 있다.
대안적으로, 제 2 온도 변화 디바이스는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화 디바이스에 의해 가열되거나 냉각되기 전 반도체 웨이퍼로 대량의 열 부하를 부가하도록 사용될 수도 있다. 다시, 반도체 웨이퍼들을 가열 또는 냉각하는 것으로부터 제 1 온도 변화 디바이스 상의 열 부하가 감소된다.
제 1 온도 변화 디바이스 상의 감소된 열 부하는 열 부하의 결과로서 제 1 온도 변화 디바이스의 모든 온도 변화가 감소된다는 것을 의미한다. 이와 같이, 반도체 웨이퍼의 온도는 제 1 온도 변화 디바이스를 사용하여 보다 정확하게 제어될 수 있다. 이는 측정 챔버 내 반도체 웨이퍼의 온도 및/또는 측정 챔버의 온도 (및/또는 온도 균일도) 제 2 온도 변화부 없이 가능한 것보다 보다 정밀하거나 보다 정확하게 제어되게 할 수도 있다. 결과로서, 반도체 웨이퍼 질량 계측은 보다 정확하게 수행될 수도 있다.
예를 들어, 반도체 웨이퍼의 온도가 측정 챔버의 온도와 실질적으로 동일하도록 제어되면 (통상적으로 사실인), 온도 차가 최소화될 수도 있어서, 온도 차들에 의해 유발된 모든 에러들이 최소화될 수도 있다.
제 1 온도 변화부 및 제 2 온도 변화부는 서로 열적으로 절연, 예를 들어, 열 절연 재료의 에어 갭 또는 층과 같은 단열재에 의해 분리된다.
대안적으로, 제 2 온도 변화부는 본 발명의 제 1 양태의 장치의 별도의 디바이스의 부분을 형성할 수도 있다. 제 2 온도 변화부는 따라서 제 1 양태의 장치와 조합하여 제공될 수도 있다.
온도 변화부는 반도체 웨이퍼의 온도를 상승시키거나 감소시키도록 (즉, 변화시키도록) 사용될 수 있는 임의의 디바이스, 예를 들어, 가열 유닛/가열기 또는 냉각 유닛/냉각기일 수도 있다.
용어들 제 1 온도 변화 디바이스 및 제 2 온도 변화 디바이스와 관련하여 사용된 "제 1" 및 "제 2"는 단순히 온도 변화 디바이스들 사이를 구별하기 위해 사용되고, 반도체 웨이퍼에 유발할 수 있는 온도 변화 디바이스들 또는 온도 변화들의 순서를 나타내지 않는다. 사실, 이하의 논의로부터 명확해질 바와 같이, 제 2 온도 변화 디바이스가 존재할 때, 반도체 웨이퍼의 온도는 제 2 온도 변화 디바이스를 사용하여 처음으로 변화되고, 이어서 반도체 웨이퍼의 온도는 제 1 온도 변화 디바이스를 사용하여 더 변화된다. 이러한 배열에서, 따라서 제 1 온도 변화 전에 제 2 온도 변화가 발생한다.
제 2 온도 변화부는 제 1 온도 변화부에 의해 유발된 반도체 웨이퍼의 온도의 제 2 온도 변화 및 제 1 온도 변화의 크기들의 합의 적어도 80 ％, 또는 적어도 90 ％, 또는 적어도 95 ％, 또는 적어도 99 ％를 포함하는, 반도체 웨이퍼의 온도의 제 2 온도 변화를 유발할 수도 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 대부분의 열 부하는 제 2 온도 변화부에 의해 반도체 웨이퍼로부터 제거되거나 반도체 웨이퍼로 부가될 수도 있다. 결과로서, 제 1 온도 변화부 상의 열 부하는, 반도체 웨이퍼의 온도의 제 1 변화를 유발하도록 사용될 때 감소되고, 반도체 웨이퍼의 온도는 목표된 온도로 보다 정확하게/정밀하게 매칭될 수 있다.
반도체 웨이퍼의 온도의 제 2 변화를 유발하는 것은 미리 결정된 측정 온도 (예를 들어, 측정 챔버의 온도) 의 ± 3 ℃ 이내, 또는 ± 2 ℃ 이내, 또는 ± 1 ℃ 이내, 또는 ± 0.1 ℃ 이내이도록 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키는 것을 포함할 수도 있다. 달리 말하면, 반도체 웨이퍼의 온도의 제 2 변화는 제 1 온도 변화부만이 (반도체 웨이퍼로부터 작은 열 부하를 부가하거나 제거하는 것에 대응하는) 반도체 웨이퍼의 온도의 작은 변화를 유발하기 위해 필요하도록, 반도체 웨이퍼의 온도를 미리 결정된 측정 온도에 가깝게 (즉, 수 ℃ 이내) 할 수도 있다.
본 발명에서, 제 1 온도 변화부의 온도는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 측정될 수도 있다.
반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때 제 1 온도 변화부의 온도를 모니터링하는 것은 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부에 먼저 도달할 때 온도 변화부와 반도체 웨이퍼 사이의 온도의 차에 관한 정보를 제공할 수 있다.
예를 들어, 제 1 온도 센서는 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 제 1 온도 변화부의 온도의 변화, 및/또는 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 제 1 온도 변화부의 최대 온도를 검출하도록 구성될 수도 있다. 특히, 반도체 웨이퍼의 온도와 제 1 온도 변화부의 온도 사이의 차가 있을 때, 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 로딩될 때, 제 1 온도 변화부의 온도의 최초 급등 (spike) 이 있을 수도 있다. 이 최초 급등은 본 발명에서 검출되고 그리고/또는 측정될 수도 있고, 인입 웨이퍼 온도에 관한, 또는 인입 웨이퍼 온도와 제 1 온도 변화부의 온도 사이의 차에 관한 정보를 제공할 수도 있다.
제 1 온도 변화부를 떠날 때 반도체 웨이퍼의 온도는 반도체 웨이퍼가 측정 챔버로 로딩될 때, 반도체 웨이퍼와 측정 챔버 사이의 온도 차에 관한 정보를 제공할 수 있고, 이는 상기 논의된 바와 같이 반도체 웨이퍼 상에서 수행된 측정의 정확도에 영향을 준다.
반도체 웨이퍼 질량 계측 장치는 센싱된 제 1 온도에 기초하여, 그리고/또는 센싱된 제 1 온도의 변화에 기초하여 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함할 수도 있다.
예를 들어, 제어 유닛은 센싱된 제 1 온도에 기초하여, 그리고/또는 센싱된 제 1 온도의 변화에 기초하여 경보를 생성하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 장치는 제 1 온도 변화부의 센싱된 온도가 미리 결정된 값보다 클 때 경보를 발행할 수도 있다.
대안적으로, 제 1 온도 변화부의 센싱된 온도의 변화가 미리 결정된 값보다 클 때 경보가 생성될 수도 있다.
경보는 오퍼레이터가 온도/온도의 변화를 인식하도록 장치의 오퍼레이터에게 경보하는 것이다.
경보는 가시 경보 및/또는 가청 경보, 및/또는 촉각 경보일 수도 있다.
본 발명은 제 1 온도 변화부에 의해 온도가 변화되는 웨이퍼의 인입 온도를 계산하기 위해 제 1 온도 변화부의 센싱된 온도의 검출된 변화를 사용하여 포함할 수도 있다. 이어서 인입 웨이퍼의 온도가 미리 결정된 문턱값보다 높거나 미리 결정된 문턱값보다 낮다고 결정될 때 경보가 트리거될 수도 있다. 예를 들어, 이는 제 1 온도 변화부에 의해 유발된 온도 변화에 앞서 온도 변화 단계가 효과가 없다는 것을 나타낼 수도 있어서 (제 1 온도 변화부의 온도에 대해 실질적으로 일정하게 유지하기에) 제 1 온도 변화부로 인입하는 반도체 웨이퍼들의 온도들이 너무 높거나 너무 낮다. 예를 들어, 상기 논의된 제 2 온도 변화부가 고장난 (고장나거나 올바르게 작동하지 않는) 것을 나타낼 수도 있다.
본 발명자들은 반도체 웨이퍼 상에서 수행된 질량 계측 측정의 에러와, 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 로딩되기 전 제 1 온도 변화부 또는 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도의 차 사이의 상관이 있다는 것을 발견했다. 따라서, 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 로딩되기 전 제 1 온도 변화부 또는 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도를 비교하는 것은 반도체 웨이퍼 질량 계측의 정확도를 개선하도록 사용될 수 있는 유용한 정보를 제공한다.
이에 따라, 장치는 센싱된 제 1 온도와 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차를 결정하도록 구성된 디바이스 또는 유닛을 더 포함할 수도 있다.
장치는 센싱된 제 1 온도와 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차에 기초하여 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함할 수도 있다.
대안적으로, 또는 이에 더하여, 제어 유닛은 센싱된 제 1 온도와 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차에 기초하여 별도의 디바이스 또는 장치의 동작을 제어하도록 구성될 수도 있다.
장치는 측정 챔버의 제 2 온도를 측정하도록 구성된 제 2 온도 센서를 포함할 수도 있다.
측정 챔버의 제 2 온도는 제 1 온도가 측정되는 동시에 측정될 수도 있다.
통상적으로, 제 1 온도 및 제 2 온도 모두 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화 디바이스를 떠날 때, 또는 직후, 그리고 반도체 웨이퍼가 측정 챔버로 로딩되기 직전에 측정될 것이다. 이 경우, 제 1 온도는 측정 챔버 내로 로딩될 때 반도체 웨이퍼의 온도를 나타낸다.
대안적으로, 측정 챔버의 온도는 제 2 온도 센서가 필요하지 않을 수도 있는 경우에서, 미리 결정된 온도이도록 정밀하게 제어될 수도 있다.
제어 유닛은 예를 들어, 프로세서 또는 컴퓨터일 수도 있다.
본 발명의 일 예로서, 제어 유닛은 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차에 기초하여 경보를 생성하도록 구성될 수도 있다.
예를 들어, 장치는 제 1 온도와 제 2 온도 사이에 임의의 차가 있을 때, 또는 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차가 미리 결정된 문턱값보다 클 때 경보를 발행할 수도 있다.
경보는 오퍼레이터가 제 1 온도와 제 2 온도 차이의 차를 인식하도록 장치의 오퍼레이터에게 경보하는 것이다.
경보는 가시적인 그리고/또는 가청적인, 그리고/또는 촉각 경보일 수도 있다.
대안으로서, 또는 이에 더하여, 제어 유닛은 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차 및 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차와 질량 측정 에러 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정값을 보정하도록 구성될 수도 있다.
상기 논의된 바와 같이, 본 발명자들은 반도체 웨이퍼 상에서 수행된 질량 계측 측정의 에러와, 반도체 웨이퍼가 측정 챔버 내로 로딩되기 전 제 1 온도 변화부 또는 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도의 차 사이의 상관이 있다는 것을 발견했다.
따라서, 이 상관관계가 미리 결정된 관계에 의해 규정될 때, 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차 및 미리 결정된 관계는 반도체 웨이퍼 상에서 수행된 질량 계측 측정의 대응하는 에러를 계산하거나 결정하도록 사용될 수 있다.
미리 결정된 관계는 예를 들어, 등식, 함수, 그래프, 룩업테이블 또는 데이터베이스의 형태일 수도 있다.
미리 결정된 관계는 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 상이한 차들에 대해 하나 이상의 반도체 웨이퍼들에 대한 복수의 질량 계측 측정값들, 및 반도체 웨이퍼의 공지의 질량으로부터 도출될 수도 있다.
복수의 질량 계측 측정값들은 문제의 장치를 사용하여 수행될 수도 있다.
미리 결정된 관계는 통상적으로 장치의 메모리에 저장된다.
이에 더하여, 또는 대안적으로, 제 2 온도 변화 유닛이 제공되면, 제 2 온도 변화 유닛은 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차에 기초하여 제어될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 온도가 제 2 온도보다 크면, 예를 들어 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차를 감소시키기 위해 작용시키도록, 제 2 온도 변화 유닛에 의해 제공된 액티브 냉각량이 상승될 수도 있다.
제 1 온도 변화부는 측정 챔버에 열적으로 커플링된 제 1 열 전달 플레이트를 포함할 수도 있다.
제 1 열 전달 플레이트는 통상적으로 패시브 열 전달 플레이트이다. 패시브 열 전달 플레이트는 열 전달 플레이트가 냉각/가열 엘리먼트들에 의해 냉각되거나 가열되지 않고 둘러싸고 있는 주변 분위기에 의해서만 온도를 수신한다는 것을 의미한다.
제 1 열 전달 플레이트는 측정 챔버와 실질적으로 열 평형일 수도 있다. 여기서, 열 평형은 두 엘리먼트들에 대한 온도 차가 0.1 ℃ 이하로 규정되어야 한다.
제 1 열 전달 플레이트는 통상적으로 고 축열 (thermal mass) 을 갖는 재료의 플레이트 또는 블록이다. 제 1 열 전달 플레이트는 통상적으로 고 축열 및 고 열 전도도를 갖는 재료의 플레이트 또는 블록이다.
예를 들어, 제 1 열 전달 플레이트는 알루미늄과 같은 금속의 플레이트 또는 블록일 수도 있다.
제 1 열 전달 플레이트는 측정 챔버의 외측 표면 상에 제공되거나 외측 표면과 통합될 수도 있다.
제 1 열 전달 플레이트는 예를 들어 고 열 전도도를 갖는 볼트들을 사용하여 측정 챔버의 외측 표면에 볼트연결될 수도 있다.
제 1 온도 센서는 제 1 열 전달 플레이트 상 또는 내부에 제공될 수도 있고 열 전달 플레이트의 온도를 센싱할 수도 있다. 제 1 온도 센서는 제 1 열 전달 플레이트 내, 예를 들어, 제 1 열 전달 플레이트의 외부 표면 밑에 임베딩될 수 있다.
제 1 온도 센서는 제 1 열 전달 플레이트의 반도체 웨이퍼 지지 표면으로부터 1 내지 18 ㎜의 거리로 제 1 열 전달 플레이트 내에 임베딩될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 온도 센서는 제 1 열 전달 플레이트의 반도체 웨이퍼 지지 표면으로부터 2 내지 12 ㎜의 거리로 제 1 열 전달 플레이트 내에 임베딩될 수도 있다. 이는 제 1 온도 센서가 반도체 웨이퍼에 콘택트하는 반도체 웨이퍼 지지 표면의 온도를 정확하게 측정한다는 것을 의미할 수도 있다.
장치는 반도체 웨이퍼와 열 전달 플레이트 사이의 열 평형을 달성하기 충분한 미리 결정된 시간 기간 제 1 열 전달 플레이트 상에 반도체 웨이퍼를 로딩하도록 구성될 수도 있다.
대안적으로, 제 1 온도 센서의 출력은 반도체 웨이퍼와 열 전달 플레이트 사이의 열 평형을 달성하기 위해 필요한 시간을 결정하도록 사용될 수도 있고, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 상에 위치되는 시간이 이에 따라 제어될 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼는 정확하게 결정된 시간 동안, 또는 미리 결정된 시간 + 미리 결정된 양 동안 열 전달 플레이트 상에 위치될 수도 있다. 이는 미리 결정된 시간 동안 열 전달 플레이트 상에 위치될 반도체 웨이퍼에 상대적인 쓰루풋 시간을 감소시킬 수도 있다.
따라서, 반도체 웨이퍼의 온도는 열 전달 플레이트의 온도와 동등해진다. 열 전달 플레이트가 보통 측정 챔버와 실질적으로 열 평형이면, 반도체 웨이퍼의 온도는 따라서 보통 열 전달 플레이트 상의 저 열 부하에 대해 측정 챔버의 온도로 실질적으로 동등해진다.
장치는 반도체 웨이퍼를 열 전달 플레이트에 클램핑하기 위한 클램핑 메커니즘, 예를 들어 진공 클램핑 메커니즘을 더 포함할 수도 있다.
장치는 반도체 웨이퍼의 열 전달 플레이트로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하기 위한 센싱 수단/센싱 디바이스 또는 유닛을 더 포함할 수도 있다. 예를 들어 센싱 수단/디바이스 또는 유닛은 예를 들어 불완전한 진공을 센싱하는 센서일 수도 있다.
반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트에 적절히 클램핑되지 않으면, 반도체 웨이퍼는 열 전달 플레이트에서 적절히 냉각되지 않을 수도 있다. 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트를 떠날 때 열 전달 플레이트의 온도가 측정되면, 반도체 웨이퍼의 온도는 따라서 미지일 수도 있고 (열 전달 플레이트의 온도와 동일하지 않기 때문에), 반도체 웨이퍼의 후속 측정의 측정 에러는 예측불가능할 수도 있다. 이 경우, 장치는 적절한 양의 보정이 예측불가능할 수도 있기 때문에, 경보를 생성할 수도 있고 반도체 웨이퍼에 대한 측정을 보정하지 못할 수도 있다.
장치는 따라서 반도체 웨이퍼의 열 전달 플레이트로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하기 위한 센서의 출력에 기초하여 장치의 동작을 제어하도록 구성되는 제어 유닛을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 장치의 사용자에게 경보를 제공하도록 장치를 제어할 수도 있다. 제어 유닛은 이전에 언급된 제어 유닛과 동일할 수도 있고, 또는 부가될 수도 있다.
장치는 제 1 온도 변화 유닛으로부터 측정 챔버로 반도체 웨이퍼들을 직접 이송하도록 구성된 이송 수단/이송기 또는 이송 디바이스를 포함할 수도 있다. 용어 "직접"은 예를 들어 임의의 다른 온도 변화 유닛들에서 중단되지 않고 임의의 부가적인 유닛들에서 중단되지 않는다는 것을 의미한다.
물론, 본 발명은 1 또는 2 개의 온도 변화부들만을 제공하도록 제한되지 않고, 대신, 반도체 웨이퍼의 임의의 수의 온도 변화들을 유발하기 위한 임의의 수의 온도 변화부들이 제공될 수도 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼의 온도의 일련의 복수의 변화들을 유발하기 위한 복수의 온도 변화부들이 있을 수도 있다.
본 발명의 제 2 양태에 따라, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법에 있어서,
반도체 웨이퍼가 반도체 웨이퍼의 무게 및/또는 질량을 측정하기 위한 측정 챔버 내로 이송되기 전 제 1 온도 변화부를 사용하여 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키는 단계; 및
제 1 온도를 센싱하는 단계로서, 제 1 온도는,
제 1 온도 변화부의 온도; 또는
반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 반도체 웨이퍼의 온도인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치가 제공된다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법은 상기 논의된 제 1 양태의 선택가능한 특징들 중 임의의 하나 또는 조합가능한, 임의의 조합을 포함할 수도 있다. 선택가능한 특징들은 간결함을 위해 여기서 명시적으로 반복되지 않는다.
본 발명의 제 2 양태에 따른 방법은 부가적으로, 또는 대안적으로 이하의 선택가능한 피처들 중 임의의 하나 또는 조합가능한, 임의의 조합을 포함할 수도 있다.
제 1 온도 변화부의 온도는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 측정될 수도 있다.
방법은,
반도체 웨이퍼에 의해 유발된 제 1 온도 변화부의 온도의 변화; 및/또는
반도체 웨이퍼에 의해 유발된 제 1 온도 변화부의 최대 온도를 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 반도체 웨이퍼의 온도가 제 1 온도 변화부를 사용하여 변화되기 전 제 2 온도 변화부를 사용하여 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키는 단계를 더 포함할 수도 있다.
제 1 온도 변화부는 반도체 웨이퍼를 패시브로 냉각하기 위한 것일 수도 있다.
제 2 온도 변화부는 반도체 웨이퍼를 액티브로 냉각하기 위한 것일 수도 있다.
그러나, 상기 논의된 바와 같이, 제 1 온도 변화부 또는 제 2 온도 변화부는 반도체 웨이퍼를 액티브로 또는 패시브로 가열 또는 냉각하기 위한 것일 수도 있다.
방법은 장치 청구항들과 관련하여 상기 논의된 바와 같이, 센싱된 제 1 온도 및/또는 센싱된 제 1 온도의 변화에 기초하여 동작을 수행하는 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 동작을 수행하는 단계는 경보를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 센싱된 제 1 온도와 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차에 기초하여, 동작을 수행하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차에 기초하여,
경보를 생성하는 단계; 또는
제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차 및 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 차와 질량 측정 에러 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정값을 보정하는 단계를 포함할 수도 있다.
미리 결정된 관계는 제 1 온도와 제 2 온도 사이의 상이한 차들에 대해 하나 이상의 반도체 웨이퍼들에 대한 복수의 질량 계측 측정값들, 및 반도체 웨이퍼의 공지의 질량으로부터 도출될 수도 있다.
온도 변화부는 측정 챔버에 열적으로 커플링된 열 전달 플레이트를 포함할 수도 있다.
방법은 반도체 웨이퍼를 열 전달 플레이트에 진공 클램핑하는 단계를 포함할 수도 있다.
방법은 반도체 웨이퍼의 열 전달 플레이트로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
방법은 반도체 웨이퍼의 열 전달 플레이트에 대한 불완전한 진공 클램핑의 센싱에 기초한 동작을 수행하는 단계를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 동작을 수행하는 단계는 경보를 생성하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 발명의 실시예들은 이제 첨부된 도면들을 참조하여, 예로서만, 논의될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에서, 패시브 열 전달 플레이트의 개략적 구성을 도시한다.
도 5는 도 4의 열 전달 플레이트의 상이한 온도 센서들에 의해 측정된 온도 변동들을 도시하는 그래프이다.
도 6은 인입 웨이퍼 온도 오프셋에 대한 질량 측정의 에러들을 도시하는 그래프이다.
도 7은 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트를 나가는 순간 열 전달 플레이트의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 차에 대한 질량 측정의 에러들을 도시하는 그래프이다.
도 8은 반도체 웨이퍼의 인입 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도 차에 대한 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 상에 있는 동안 열 전달 플레이트의 최대 온도 변화를 도시하는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일부 실시예들에서, 패시브 열 전달 플레이트의 개략적 구성을 도시한다.
도 5는 도 4의 열 전달 플레이트의 상이한 온도 센서들에 의해 측정된 온도 변동들을 도시하는 그래프이다.
도 6은 인입 웨이퍼 온도 오프셋에 대한 질량 측정의 에러들을 도시하는 그래프이다.
도 7은 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트를 나가는 순간 열 전달 플레이트의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 차에 대한 질량 측정의 에러들을 도시하는 그래프이다.
도 8은 반도체 웨이퍼의 인입 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도 차에 대한 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 상에 있는 동안 열 전달 플레이트의 최대 온도 변화를 도시하는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
반도체 웨이퍼 질량 계측 장치는 반도체 웨이퍼를 수용하기 위한 계량 저울판 (weighing pan) (3) 을 갖는 계량 저울 (1) 을 포함한다. 계량 저울 (1) 은 계량 저울판 (3) 상에 로딩된 반도체 웨이퍼의 무게를 나타내는 측정값 출력을 제공하도록 구성된다.
계량 저울 (1) 은 예를 들어, 계량 저울 (1) 둘레의 공기의 실질적으로 균일한 공기 밀도, 공기압 및 공기 온도를 유지하고 외풍 (draught) 을 방지하고 전자기 쉴딩을 제공하도록, 계량 저울 (1) 둘레에 인클로징된 분위기를 형성하는, 계량 챔버 (5) (측정 챔버) 내에 위치된다. 계량 챔버 (5) 는 반도체 웨이퍼로 하여금 예를 들어, 로봇 암에 의해 계량 챔버 (5) 내로 이송되게 하고 계량 저울판 (3) 상에 위치되게 하도록 개구부 (미도시), 예를 들어, 계량 챔버 (5) 의 측벽의 적합하게 사이징된 슬롯을 갖는다. 사용하지 않을 때, 개구부는 계량 챔버 (5) 로 하여금 계량 저울 (1) 을 사용하여 측정을 수행할 때 실질적으로 폐쇄되거나 시일링되게 하도록 개방가능한 도어 또는 커버 (미도시) 에 의해 커버될 수도 있다.
열 전달 플레이트 (7) ("제 1 온도 변화부") 가 계량 챔버 (5) 의 상단부 상에 위치된다. 열 전달 플레이트 (7) 는 우수한 열 전도도를 갖는 재료 (예를 들어 Al) 의 블록을 포함한다. 열 전달 플레이트는 또한 바람직하게 열이 공급될 때 온도 변화들이 느리고 거의 없도록 고 축열을 갖고, 상부 표면에 걸쳐 실질적으로 균일한 온도를 유지하도록 우수한 측방향 열 전도도를 갖는다. 이 실시예에서, 열 전달 플레이트 (7) 는 알루미늄으로 이루어지지만, 다른 실시예들에서, 우수한 열 전도도를 갖는 임의의 다른 재료가 사용될 수도 있다.
열 전달 플레이트 (7) 는 열 전달 플레이트 (7) 와 계량 챔버 (5) 사이에 우수한 열 콘택트가 있도록, 계량 챔버 (5) 의 상단부에 바로 위치된다. 열 전달 플레이트 (7) 는 계량 챔버 (5) 와 직접 물리적 콘택트한다. 열 전달 플레이트 (7) 는 예를 들어 하나 이상의 볼트들 (미도시) 및/또는 열 전도성 본딩 층 (미도시) 을 사용하여 계량 챔버 (5)에 부착되거나 고정될 수도 있다.
열 전달 플레이트 (7) 와 계량 챔버 (5) 사이의 우수한 열적 콘택트의 결과, 열 전달 플레이트 (7) 는 보통 계량 챔버 (5) 와 실질적으로 열 평형일 수도 있고 따라서 보통 계량 챔버 (5) 와 실질적으로 동일한 온도를 가질 수도 있다 (열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하가 낮을 때). 계량 저울 (1) 은 또한 계량 챔버 (5) 와 열 평형일 수도 있고 따라서 또한 계량 챔버 (5) 와 실질적으로 동일한 온도를 가질 수도 있다. 이와 같이, 열 전달 플레이트 (7) 는 보통 계량 저울 (1) 과 실질적으로 열 평형일 수도 있고 따라서 보통 계량 저울 (1) 과 실질적으로 동일한 온도를 가질 수도 있다 (열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하가 낮을 때). 그러나, 이하에 논의된 바와 같이, 열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하가 높을 때, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도는 계량 챔버 (5) 의 온도로부터 발산할 수 있다.
사용시, 측정될 반도체 웨이퍼는 온도를 감소시키기 위해 먼저 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치된다. 진공 클램핑 메커니즘은 열 전달 플레이트 (7) 와 반도체 웨이퍼 사이에 우수한 열적 콘택트를 달성하기 위해 열 전달 플레이트 (7) 에 반도체 웨이퍼를 진공 클램프하도록 제공되고, 따라서 열 평형이 짧은 시간 기간 (예를 들어 20 초 이내의 열 전달 플레이트와 반도체 웨이퍼 사이의 0.01 ℃ 미만의 온도 차) 달성될 수 있다.
반도체 웨이퍼는 반도체 웨이퍼와 열 전달 플레이트 (7) 사이의 열 평형을 달성하기 충분한 미리 결정된 시간 기간 동안 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치된다. 반도체 웨이퍼가 계량 챔버 (5) 의 온도와 동일한 온도가 되도록 보통 열 전달 플레이트 (7) 및 계량 챔버 (5) 는 서로 열 평형된다 (열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하가 낮을 때).
반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 에 의해 냉각된 후, 이는 열 전달 플레이트 (7) 로부터 계량 챔버 (5) 내로 이송되고 측정을 위해 계량 저울 (1) 의 계량 저울판 (3) 상에 위치된다.
반도체 웨이퍼는 예를 들어 어떠한 중간 온도 변화 유닛들도 방문하지 않고 열 전달 플레이트 (7) 로부터 계량 챔버 (5) 내로 바로 이송된다. 특히, 장치는 열 전달 플레이트 (7) 로부터 계량 챔버 (5) 내로 반도체 웨이퍼를 바로 이송하도록 구성되는 이송 메커니즘 (예시되지 않음) 을 포함한다.
물론, 다른 실시예들에서, 열 전달 플레이트 (7) 는 계량 챔버 (5) 에 대해 상이한 위치에 위치될 수도 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 열 전달 플레이트 (7) 는 열 전달 플레이트 (7) 의 온도를 측정하기 위해, 내부에 임베딩된 제 1 온도 센서 (8) 를 갖는다. 이하에 논의된 바와 같이, 제 1 온도 센서 (8) 는 반도체 웨이퍼가 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안, 또는 반도체 웨이퍼가 냉각된 후 열 전달 플레이트 (7) 를 떠나는 순간 열 전달 플레이트 (7) 의 온도를 측정하도록 사용될 수 있다. 제 1 온도 센서 (8) 를 제공하는 것의 장점들은 제 2 실시예 및 제 3 실시예의 이하의 논의들을 따라 이하에 논의된다.
제 1 실시예의 다른 특징들은 제 2 실시예 및 제 3 실시예의 논의를 따라 나중에 논의될 것이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
도 2의 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치는 제 2 열 전달 플레이트 (9) ("제 2 온도 변화부") 를 더 포함하여, 도 1의 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치와 상이하다. 복수의 Peltier 디바이스들 (11) 이 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 하단측에 부착된다. Peltier 디바이스 (11) 각각은 이들의 하단측에 부착된 열 싱크 (13) 를 갖는다. 공기 흐름 (15) 이 Peltier 디바이스들 (11) 로부터 그리고 열 싱크들 (13) 로부터 열을 제거하기 위해, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 하단측 밑의 영역 (17) 에 제공될 수 있다. 물론, 공기 플로우의 구성은 도 2에 도시된 것과 상이할 수도 있다. 예를 들어, 공기는 팬 (fan) 에 의해 하단 영역 (17) 으로부터 불 수도 있다.
도 2에서 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 계량 챔버 (5) 의 우측 방향에 위치되는 것으로 도시된다. 그러나 다른 실시예들에서 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 상이하게, 예를 들어 상이한 측면에, 계량 챔버 (5) 위 또는 아래에, 또는 계량 챔버 (5) 로부터 보다 가깝거나 보다 멀게 위치될 수 있어서 도 2에 도시된 것과 상이할 수도 있다. 다른 실시예들에서, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 열 전달 플레이트 (7) 에 직접 또는 간접적으로 부착 또는 연결될 수도 있다.
사용시, 웨이퍼 이송기, 예를 들어 EFEM의 로봇 암의 엔드 이펙터는, FOUP (미도시) 로부터, 또는 대안적으로 또 따른 프로세싱 장치 (미도시) 로부터 반도체 웨이퍼를 제거하도록, 그리고 반도체 웨이퍼를 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로 이송하고 제 2 열 전달 플레이트 (9) 상에 반도체 웨이퍼를 위치시키도록 사용된다. 반도체 웨이퍼가 FOUP (또는 다른 프로세싱 장치) 로부터 제거될 때 이는 대략 70 ℃의 온도를 가질 수도 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼는 반도체 웨이퍼가 FOUP 내로 로딩되기 전, 400 내지 500 ℃의 온도로 반도체 웨이퍼를 가열할 수도 있는, 반도체 디바이스 생산 라인의 프로세싱 스테이션에서 프로세싱될 수도 있다.
반도체 웨이퍼가 제 2 열 전달 플레이트 (9) 상에 위치될 때, 반도체 웨이퍼의 온도가 상승하도록, 열이 반도체 웨이퍼로부터 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로 전도된다. 반도체 웨이퍼가 제 2 열 전달 플레이트 (9) 상에 얼마나 오랫동안 위치되는지에 따라, 반도체 웨이퍼 및 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 (예를 들어, 실질적으로 동일한 온도를 갖도록) 열 평형을 달성할 수도 있다. 반도체 웨이퍼로부터 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로의 열 전달은 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 온도를 상승시키도록 작용할 것이다. 그 경우, 반도체 웨이퍼 및 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 열 평형의 온도는 목표된 반도체 웨이퍼의 온도와 상이할 수도 있다. 반도체 웨이퍼로부터 열 부하로 인해 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위해, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 반도체 웨이퍼로부터 제거된 열 부하를 액티브로 소산시키도록 동작가능하다. 특히, Peltier 디바이스들 (11) 은 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로부터 열을 액티브로 제거하도록 동작된다. 달리 말하면, 전력이 Peltier 디바이스들 (11) 에 공급되어 제 2 열 전달 플레이트 (9) 와 콘택트하는 상부 표면들로부터 열 싱크들 (13) 이 부착되는 하부 표면들로 열을 전달하는 액티브 열 펌프들로서 작용하게 한다.
공기 흐름 (15) 이 Peltier 디바이스들 (11) 및 열 싱크들 (13) 로부터 열을 제거하기 위해, Peltier 디바이스들 (11) 및 열 싱크들 (13) 이 위치되는 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 밑의 영역 (17) 에 제공된다. 제 2 열 전달 플레이트 (9) 를 사용하여 반도체 웨이퍼로부터 제거된 열은 따라서 이 열이 계량 장치의 온도에 영향이 없도록 공기 흐름 (15) 에 의해 계량 장치의 계량 챔버 (5) 로부터 이송되고 소산된다. 공기 흐름 (15) 은 예를 들어 영역 (17) 내에 설치되거나 에지들의 하나 이상의 팬들에 의해 생성될 수도 있다. 달리 말하면, 열은 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로부터 액티브로 소산된다.
상기 언급된 바와 같이, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로부터 액티브로 소산하는 열은 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 축적물로부터 열을 방지할 것이고, 이는 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 온도의 상승을 유발할 것이다. 이 실시예에서, 반도체 웨이퍼로부터 제거된 열은 제 2 열 전달 플레이트 (9) 에 의해 소산됨으로써 효과적으로/유효하게 처리된다. 이는 반도체 웨이퍼의 온도로 하여금 제 2 열 전달 플레이트 (9) 를 사용하여 보다 정밀하게/정확하게 제어되게 할 수도 있다.
제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 반도체 웨이퍼의 온도가 계량 저울판 (3) 상에 위치될 때 목표된 반도체 웨이퍼의 온도에 가깝게 감소되도록 반도체 웨이퍼로부터 대부분의 열 부하를 제거하도록 동작된다. 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 반도체 웨이퍼의 온도를 목표된 온도로 감소시키기 위해 제거되어야 하는 열의 90 ％ 이상, 또는 95 ％ 이상, 또는 99 ％ 이상을 제거할 수도 있다. 달리 말하면, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 계량 저울판 (3) 상에 위치될 때 최초 온도로부터 목표된 온도로 반도체 웨이퍼의 온도를 감소시키 위해 필요한 온도 변화의 90 ％ 이상, 또는 95 ％ 이상, 또는 99 ％ 이상을 유발할 수도 있다.
통상적으로, 반도체 웨이퍼가 계량 저울판 (3) 상에 로딩될 때 반도체 웨이퍼와 계량 챔버 (5) 사이에 실질적으로 온도 차가 없도록 (따라서 반도체 웨이퍼와 계량 저울 (1) 사이에 실질적으로 온도 차가 없도록) 반도체 웨이퍼의 온도를 계량 챔버 (5) 의 온도에 실질적으로 매칭하는 것이 목표된다. 이 실시예에서, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 계량 챔버 (5) 의 온도의 ± 1 ℃ 이내이도록 반도체 웨이퍼를 냉각할 수도 있다. 예를 들어, 계량 챔버가 20 ℃의 온도를 가지면, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 (20 ± 1) ℃의 온도로 반도체 웨이퍼를 냉각할 수도 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 제 2 열 전달 플레이트 (9) 에 의해 제공된 냉각량이 이와 상이할 수도 있고, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 가 반도체 웨이퍼의 요구된 온도 변화의 50 ％ 이상, 바람직하게 80 ％ 이상을 제공하는, 최소값으로서 제공된다.
일단 반도체 웨이퍼가 제 2 열 전달 플레이트 (9) 를 사용하여 목표된 온도에 가까운 온도로 냉각되면, 웨이퍼 이송기를 사용하여 제 1 열 전달 플레이트 (7) 로 이송된다. 바람직하게, 반도체 웨이퍼를 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로 이송하도록 사용된 것과 상이한 웨이퍼 이송기가 반도체 웨이퍼를 제 1 열 전달 플레이트 (7) 로 이송하도록 사용된다. 이 실시예에서, EFEM의 로봇암의 2 개의 상이한 엔드이펙터들이 2 개의 상이한 이송 단계들을 수행하도록 사용된다. 반도체 웨이퍼를 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로 이송하는 엔드이펙터는 반도체 웨이퍼 (9) 에 의해 가열될 수도 있다. 제 2 열 전달 플레이트 (9) 로부터 열 전달 플레이트 (7) 로 냉각된 반도체 웨이퍼를 이송하기 위해 동일한 엔드이펙터가 사용되면 반도체 웨이퍼로 다시 열을 전달할 수도 있어서, 이의 온도를 변화시킨다. 이 문제는 제 2 이송 단계를 위해 상이한 엔드이펙터를 사용함으로써 방지될 수도 있다. 엔드이펙터는 상부에 반도체 웨이퍼가 지지되는 표면, 예를 들어 반도체 웨이퍼 밑에 위치되는 지지부일 수도 있다. 엔드이펙터는 엔드이펙터에 의해 이송되는 동안 제자리에 반도체 웨이퍼를 그립핑 또는 클램핑하기 위한 일부 수단/디바이스/유닛을 가질 수도 있다.
엔드이펙터(들)는 엔드이펙터(들)와 반도체 웨이퍼 사이의 열 전달을 최소화하기 위해, 엔드이펙터(들)와 반도체 웨이퍼 사이에 최소 또는 감소된 열 콘택트 영역이 있도록, 구성될 수도 있다. 예를 들어, 엔드이펙터(들)는 반도체 웨이퍼의 에지에서만 반도체 웨이퍼와 콘택트할 수도 있다. 대안적으로, 또는 이에 더하여, 엔드이펙터(들)가 엔드이펙터(들)와 반도체 웨이퍼 사이의 열 전달을 최소화하기 위해, 불량한 열 전도도를 갖는 재료(들), 즉, 단열재로 이루어질 수도 있다.
상기 논의된 바와 같이, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치될 때 반도체 웨이퍼와 열 전달 플레이트 (7) 사이에 우수한 열적 콘택트가 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼는 반도체 웨이퍼로부터 열 전달 플레이트 (7) 로 전도될 열에 의해 냉각된다. 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치되는 시간의 길이에 따라, 실질적으로 동일한 온도를 갖도록, 반도체 웨이퍼 및 열 전달 플레이트 (7) 는 실질적으로 열 평형될 수도 있다. 이 실시예에서, 반도체 웨이퍼는 열 평형을 달성하기 충분한 기간, 예를 들어 60 초 동안 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치될 수도 있다.
반도체 웨이퍼는 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치되기 전에 제 2 열 전달 플레이트 (9) 에 의해 제거된 대량의 열 부하를 이미 가졌다. 따라서, 온도 등가화 동안 열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하는 매우 낮고, 열 전달 플레이트 (7) 및 (고 축열을 갖는) 계량 챔버 (5) 의 온도는 따라서 (열 전달 플레이트 (7) 상의 열 부하가 낮을 때) 온도 등가화 동안 실질적으로 일정하게 유지될 수도 있다. 이에 더하여, 반도체 웨이퍼를 열 전달 플레이트 (7) 와 열 평형이 되게 하도록 상대적으로 적은 열이 교환되어야 한다. 그러나, 많은 반도체 웨이퍼들이 측정되면 열 전달 플레이트 상의 측정된 열 부하는 여전히 계량 챔버 (5) 의 온도로부터 열 전달 플레이트 (7) 의 온도의 작은 발산을 유발하기 충분할 수도 있다.
따라서, 본 실시예를 사용하여, 반도체 웨이퍼로부터 대부분의 열 부하를 제거하는 단계 및 반도체 웨이퍼의 온도를 등가화하는 단계가 분리되기 때문에, 반도체 웨이퍼의 온도를 목표된 온도로 보다 정확하게/정밀하게 등가화할 수도 있다. 예를 들어 본 실시예를 사용하여, 0.1 ℃보다 낮은 정확도, 또는 0.01 ℃보다 낮은 정확도, 또는 심지어 대략 0.001 ℃의 정확도로 반도체 웨이퍼의 온도를 계량 챔버 (5) 의 온도에 매칭할 수도 있다.
반도체 웨이퍼의 온도가 열 전달 플레이트 (7) 의 온도와 실질적으로 등가화될 때 (예를 들어, 반도체 웨이퍼가 미리 결정된 시간 기간 동안 열 전달 플레이트 (7) 상에 있을 때) 반도체 웨이퍼는 열 전달 플레이트 (7) 로부터 계량 저울판 (3) 으로 웨이퍼 이송기에 의해 이송된다. 이어서 계량 저울 (1) 이 반도체 웨이퍼의 무게를 나타내는 측정 출력 값을 제공하도록 사용된다.
제 1 실시예를 사용하여, 제 1 온도 센서 (8) 는 열 전달 플레이트 (7) 의 온도를 측정하기 위해 열 전달 플레이트 (7) 내에 임베딩된다. 이러한 제 1 온도 센서 (8) 를 제공하는 장점들이 제 3 실시예의 논의에 따라 이하에 논의된다.
본 발명의 제 2 실시예의 다른 특징들은 제 3 실시예의 논의에 따라 이하에 논의된다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치를 도시한다.
제 2 실시예와 제 3 실시예 사이의 주요 차이는 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 위치이다. 제 3 실시예에서, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 열 전달 플레이트 (7) 위에 스택된다 (stack). 열 갭 (19), 예를 들어 절연 재료의 에어갭 또는 층이 열 전달 플레이트 (7) 와 제 2 열 전달 플레이트 (9) 사이에 위치되어, 열 전달 플레이트들 (7, 9) 은 열 전달 플레이트들 (7, 9) 사이를 열이 실질적으로 통과할 수 없도록 서로 실질적으로 열적으로 절연된다.
플로어 공간은 반도체 디바이스 생산 설비들에서 종종 제한된다. 따라서, 플로어 공간을 절약하기 위해, 열 전달 플레이트 (7) 위에 제 2 열 전달 플레이트 (9), 즉, 도 3에 도시된 배열과 유사하게, 스택하는 것이 유리할 수도 있다. 이 배열에서, 반도체 웨이퍼는 열 전달 플레이트들 (7, 9) 과 계량 저울판 (3) 사이에 수직으로 이송된다.
본 발명의 제 1 실시예 내지 제 3 실시예들의 다른 특징들은 이하에 논의된다.
도 1 내지 도 3에 예시된 이 배열들은 단지 예시적인 배열들이고, 측정 챔버 및 온도 변화부들의 다른 구성들이 본 발명에서 가능하고 상기 개시로부터 당업자에게 자명할 것이다.
더욱이, 다른 실시예들에서 열 전달 플레이트들 (7, 9) 은 반도체 웨이퍼들을 액티브로 또는 패시브로 가열 또는 냉각하는 다른 타입들의 온도 변화부로 교체될 수도 있다.
상기 논의된 바와 같이, 본 발명자들은 상기 논의된 임의의 실시예들에서, 그리고 다른 가능한 실시예들에서, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도는 온도들이 같지 않도록 일련의 반도체 웨이퍼들을 측정할 때, 계량 챔버 (5) 의 온도로부터 발산할 수 있다는 것을 인식하였다. 이 온도 차는 (이하에 보다 상세히 논의된 바와 같이) 반도체 웨이퍼들에 대한 질량 측정값들의 후속 에러들을 유발할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예들에서 온도 센서는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부 상에 있을 때 또는 반도체 웨이퍼가 제 1 온도 변화부를 떠날 때 열 전달 플레이트 (7) 의 온도, 또는 반도체 웨이퍼의 온도를 측정하도록 제공된다.
도 1 내지 도 3에서, 온도 센서 (8) 는 열 전달 플레이트 (7) 에 임베딩되는 것으로, 따라서, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도를 측정하는 것으로 도시된다. 그러나, 온도 센서는 대안적으로 열 전달 플레이트 (7) 의 표면 상에 제공될 수도 있다. 또 다른 실시예에서, 온도 센서는 열 전달 플레이트 (7), 예를 들어 IR 기반 온도 센서와 직접 콘택트하지 않는 비콘택트 온도 센서일 수도 있다.
도 4는 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 열 전달 플레이트 (7) 의 일 예의 개략도를 도시한다. 도 4에서 다수의 상이한 온도 센서들이 열 전달 플레이트 (7) 의 온도 측정을 예시하기 위해, 열 전달 플레이트 (7) 상의 다양한 상이한 위치들에 제공된다. 구체적으로, 온도 센서들 RTD#5 내지 RTD#9는 열 전달 플레이트 (7) 내부의 상이한 깊이들 및 높이들로 제공될 수도 있다. 실제로, 단일 온도 센서만이 제공될 수도 있다.
복수의 온도 센서들이 온도 센서에 의한 온도 측정값에 대한 온도 센서의 위치의 효과를 예시하기 위해 도 4에 제공된다. 그러나 실제로, 단일 온도 센서만이 제공되거나, 작은 수의 온도 센서들이 제공될 것이다. 예를 들어, 단일 온도 센서는 반도체 웨이퍼의 웨이퍼 지지 표면으로 실제로 가능한 가깝게 제공될 수도 있다.
도 5는 측정에 앞서 일련의 핫 반도체 웨이퍼들이 열 전달 플레이트 (7) 상으로 순차적으로 로딩될 때 시간에 따라 온도 센서들 RTD#5 내지 RTD#9에 의해 측정된 온도들을 도시한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 열 전달 플레이트 (7) 상의 고 열 부하로 인해, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도는 일련의 핫 반도체 웨이퍼들이 열 전달 플레이트 (7) 상으로 로딩될 때 시간에 따라 상승한다.
열 전달 플레이트 (7) 의 온도의 이 급속한 상승은 열 전달 플레이트 (7) 의 온도가 측정 챔버의 온도로부터 발산하여, 상기 논의된 질량 측정값들의 후속 에러들을 야기한다는 것을 의미할 수도 있다. 이 발산, 및 후속 에러들은 도 2 및 도 3의 실시예들에서보다, 도 1의 실시예에서 열 전달 플레이트 (7) 상의 보다 큰 열 부하로 인해, 도 1의 실시예에서 보다 클 것이다.
더욱이, 도 5의 그래프는 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 위치될 때 열 전달 플레이트의 온도 변화들, 그리고 특히 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안 반도체 웨이퍼와 열 전달 플레이트 (7) 사이의 온도 차에 의해 유발된 열 전달 플레이트 (7) 의 온도의 피크 또는 급등이 있다는 것을 도시한다.
본 발명의 일부 실시예들에서 이 피크/급등은 반도체 웨이퍼 각각에 대해 검출되고 측정될 수도 있고 이 정보는 열 전달 플레이트 (7) 에 도달할 때 반도체 웨이퍼의 온도를 계산하도록 사용될 수도 있다. 이하에 논의된 바와 같이, 이어서 장치 또는 별도의 디바이스의 동작이 인입 웨이퍼들의 계산된 온도에 기초하여 제어될 수도 있다.
도 6은 샘플 시간에서 열 전달 플레이트 (7) 상에 배치될 때 반도체 웨이퍼의 최초 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 차에 대해, 반도체 웨이퍼들에 대한 후속 질량 측정의 에러를 예시하는 실험 데이터의 그래프이다.
열 전달 플레이트 (7) 상에 위치될 때 반도체 웨이퍼의 온도와 샘플 시간의 측정 챔버의 온도 사이에 큰 차가 있을 때, 이는 후속 질량 측정에서 상당한 에러들을 유발할 것이라는 것이 도 6으로부터 명백하다. 이는 열 전달 플레이트 (7) 의 온도로 하여금 시간에 따라 측정 챔버의 온도로부터 발산하게 하는, 열 전달 플레이트 (7) 상의 높은 열 부하로 인한 것이다.
도 6의 상이한 점선들은 상이한 반도체 웨이퍼들로부터의 데이터를 예시한다. 이 데이터는 측정 챔버에서 측정에 앞서, 반도체 웨이퍼를 열 전달 플레이트 (7) 로 전달하기 전, 측정 챔버의 온도에 대해 상이한 온도들의 범위로 상이한 반도체 웨이퍼들을 가열 또는 냉각함으로써 획득된다.
도 7은 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) 와 계량 챔버 (5) 사이의 온도 차와 후속 측정의 질량 에러 간 관계를 예시하는 도 6과 동일한 반도체 웨이퍼들에 대한 실험 데이터의 그래프이다.
도 7로부터 알 수 있는 바와 같이, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) 와 계량 챔버 (5) 사이의 온도 차와 후속 측정의 질량 에러 사이에 상관관계가 있다. 특히, 선형 (직선) 관계가 있다.
따라서, 예를 들어, 이전에 수행된 실험들로부터 이 상관관계가 공지되면, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) 와 계량 챔버 (5) 사이의 온도 차로부터 반도체 웨이퍼에 대해 수행된 후속 질량 측정의 에러를 결정할 수 있다.
도 8은 인입 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도 차에 대한 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안 열 전달 플레이트 (7) 의 최대 온도 변화를 도시하는 그래프이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 열 전달 플레이트 (7) 의 최대 온도 변화는 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안 인입 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도 사이의 온도 차를 상관시킨다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서 열 전달 플레이트 (7) 의 최대 온도 변화는 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안 검출되거나 측정되고, 이 정보는 도 8에 예시된 것과 같은 미리 결정된 관계를 사용하여, 인입 반도체 웨이퍼의 온도와 측정 챔버의 온도 간 온도 차를 결정하도록 사용된다.
열 전달 플레이트 (7) 의 온도가 상기 예들에서 측정되었지만, 다른 실시예들에서 반도체 웨이퍼의 온도 자체가 바로 측정될 수도 있다.
본 발명의 일부 실시예들에서, 제 2 온도 센서는 계량 챔버 (5) 의 온도를 측정하도록 제공된다. 대안적으로, 계량 챔버 (5) 의 온도는 제 2 온도 센서가 불필요하도록, 특정한 온도로 정밀하게 제어될 수도 있다.
일부 실시예들에서 장치는 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 의 측정된 온도를 계량 챔버 (5) 의 측정되거나 공지된 온도와 비교하는 제어 유닛을 구비한다. 예를 들어, 제어 유닛은 감사에 의해 이들 온도들 사이의 차를 계산할 수도 있다.
이 비교에 기초하여, 이어서 제어 유닛은 장치 또는 별도의 디바이스 또는 장치의 동작을 제어할 수도 있다.
제 1 예에서, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도가 계량 챔버 (5) 의 온도와 같지 않거나, 온도들이 미리 결정된 양보다 많이 상이하면, 제어 유닛은 경보를 제공하도록 구성되지 않을 수도 있다.
예를 들어, 장치는 시각적 경보가 디스플레이되는 디스플레이를 가질 수도 있다. 대안적으로 장치는 스피커를 가질 수도 있고, 이를 통해 청각적 경보가 제공된다.
경보는 질량 측정이 잘못됐을 수도 있다고 디바이스의 오퍼레이터에게 경보한다.
제 2 예에서, 제어 유닛은 비교에 기초하여 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정을 보정하도록 구성될 수도 있다. 특히, 제어 유닛은 질량 측정 에러와, 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 와 계량 챔버 (5) 의 온도 사이의 온도 차 사이의 미리 결정된 관계를 메모리에 저장할 수도 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 와 계량 챔버 (5) 의 온도 사이의 온도 차를 미리 결정된 관계에 입력함으로써, 예상된 질량 측정 에러가 출력될 수 있고 이어서 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정을 보정하기 위해 사용된다.
미리 결정된 관계는 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 의 온도와 계량 챔버 (5) 의 온도 사이의 상이한 차들을 갖는 반도체 웨이퍼들에 대한 복수의 질량 측정들을 수행함으로써 획득된 도 7에 예시된 것과 같은 실험 데이터에 기초하여 결정될 수도 있다. 예를 들어, 미리 결정된 관계는 도 7의 선형 관계의 등식일 수도 있고, 또는 대안적으로 일부 다른 관계의 룩업테이블일 수도 있다.
이 방식으로 질량 측정을 보정하는 것은 큰 온도 오프셋에 의해 유발된 에러들이 보정될 수 있기 때문에, 이전에 가능했던 것보다 고온 (hotter) 웨이퍼들이 열 전달 플레이트 (7) 로 직접 통과될 수 있다는 것을 의미한다. 이는 일부 실시예들에서 장치는 도 2 및 도 3의 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 제공을 필요로 하지 않을 수도 있다는 것을 의미한다. 이러한 액티브 열 전달 플레이트 (9) 가 고가의 컴포넌트이고, 따라서 장치는 후속 측정 에러들의 보정으로 인해 적합한 정확도를 여전히 유지하는 동안, 이 컴포넌트가 생략될 수 있다면 보다 비용 효율적일 것이다.
가장 높은 정확도를 위해, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 는 도 2 및 도 3에서와 같이 부가적으로 제공될 수 있다.
제 2 열 전달 플레이트 (9) 가 제공되는 대안적인 실시예에서, 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 를 나가는 순간 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 와 계량 챔버 (5) 의 온도 사이의 결정된 차는 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 동작을 변화시키도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 제 2 열 전달 플레이트 (9) 의 온도가 계량 챔버 (5) 의 온도보다 높다고 결정하면, 액티브 열 전달 플레이트 (9) 에 의해 제공된 냉각량은 열 전달 플레이트 (7) (또는 반도체 웨이퍼) 와 계량 챔버 (5) 의 온도 사이의 온도의 다운스트림 차를 감소시키도록 상승될 수도 있다.
이에 더하여, 또는 대안적으로, 본 발명의 실시예들에서 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 있는 동안 열 전달 플레이트 (7) 의 최대 온도 변화가 측정될 수도 있고, 이 정보는 대신 제 2 열 전달 플레이트의 동작을 제어하도록 사용될 수도 있고, 예를 들어 액티브 열 전달 플레이트 (9) 에 의해 제공된 냉각량은 반도체 웨이퍼가 열 전달 플레이트 (7) 상에 배치될 때 열 전달 플레이트 (7) 의 후속 온도 변화를 감소시키도록 상승될 수도 있다.
물론, 상기 논의된 선택사항들은 상호 배타적이지 않고, 임의의 순서로 조합될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛은 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정을 보정하도록 그리고 제 2 열 전달 플레이트의 동작을 제어하도록, 또는 경보를 제공하도록 그리고 제 2 열 전달 플레이트의 동작을 제어하도록, 또는 경보를 제공하고 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정을 보정하도록, 등을 하도록 구성될 수도 있다.
상기 언급된 바와 같이, 장치는 열적 콘택트를 보장하도록, 반도체 웨이퍼들을 전달 플레이트 (7) 에 진공 클램프하기 위한 진공 클램핑 메커니즘을 포함할 수도 있다. 그러나, 상당히 보우된 (bow) 웨이퍼들은 열 전달 플레이트 (7) 에 적절히 클램핑되지 않을 것이고 따라서 제공된 시간 안에 열 전달 플레이트 (7) 와 열 평형을 달성하지 않을 것이다.
센서 또는 다른 검출 수단/디바이스/유닛이 따라서 열 전달 플레이트 (7) 로 반도체 웨이퍼의 불완전한 진공 클램핑을 검출하도록 제공될 수도 있다. 불완전한 진공 클램핑이 검출되고, 열 전달 플레이트 (7) 의 온도가 측정되면, 반도체 웨이퍼의 온도를 알지 못하기 때문에, 질량 측정의 에러 결정이 불가능해진다. 따라서, 불완전한 진공 클램핑이 검출되면, 장치는 질량 측정을 보정하지 않고 대신 경보를 발행하도록 구성될 수도 있다.
장치는 불완전한 진공 클램핑이 검출될 때, 예를 들어 경보를 생성하는 동작을 수행하도록 구성될 수도 있다.
물론, 본 발명의 다른 실시예들에서 다른 타입들의 온도 변화부(들)가 상기 논의된 실시예들의 열 전달 플레이트들 대신 제공될 수도 있다.
Claims (25)
- 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치에 있어서,
반도체 웨이퍼의 무게 및/또는 질량을 측정하기 위한 측정 챔버;
상기 반도체 웨이퍼가 상기 측정 챔버 내로 이송되기 전에 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키기 위한 제 1 온도 변화부; 및
제 1 온도를 센싱하기 위한 제 1 온도 센서를 포함하고, 상기 제 1 온도는 상기 제 1 온도 변화부의 온도이고,
상기 제 1 온도 변화부는 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록을 포함하고, 그리고 상기 제 1 온도 센서는 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록 내에 임베딩되는 (embed), 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는 저항 온도 검출기 (resistance temperature detector; RTD) 를 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록은 금속 플레이트 또는 블록인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 변화부는 상기 반도체 웨이퍼를 패시브로 냉각하기 위한 것인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 액티브로 냉각하기 위한 제 2 온도 변화부를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 변화부의 상기 온도는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 제 1 온도 변화부를 떠날 때 측정되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는,
상기 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 상기 제 1 온도 변화부의 상기 온도의 변화; 및/또는
상기 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 상기 제 1 온도 변화부의 최대 온도를 검출하도록 구성되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 장치는,
상기 센싱된 제 1 온도; 및/또는
상기 센싱된 제 1 온도의 변화; 및/또는
상기 센싱된 제 1 온도와 상기 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차에 기초하여, 상기 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제어 유닛은,
경보를 생성하고; 그리고/또는
상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상기 차 및 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상기 차와 질량 측정 에러 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정값을 보정하도록 구성되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 미리 결정된 관계는 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상이한 차들에 대해 하나 이상의 반도체 웨이퍼들에 대한 복수의 질량 계측 측정값들, 및 상기 반도체 웨이퍼의 공지의 질량으로부터 도출되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록은 상기 측정 챔버에 열적으로 커플링되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼와 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록 사이의 열 평형을 달성하기 충분한 미리 결정된 시간 기간 동안 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록 상에 상기 반도체 웨이퍼를 로딩하도록 구성되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 11 항에 있어서,
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼를 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록에 진공 클램핑하기 위한 진공 클램프를 포함하고;
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록으로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하기 위한 센서를 포함하고; 그리고
상기 장치는 상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록으로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하기 위한 상기 센서의 출력에 기초하여 상기 장치의 동작을 제어하도록 구성된 제어 유닛을 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록의 반도체 웨이퍼 지지 표면으로부터 1 내지 18 ㎜의 거리에서 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록에 임베딩되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 장치. - 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법에 있어서,
반도체 웨이퍼가 상기 반도체 웨이퍼의 무게 및/또는 질량을 측정하기 위한 측정 챔버 내로 이송되기 전 제 1 온도 변화부를 사용하여 상기 반도체 웨이퍼의 온도를 변화시키는 단계; 및
제 1 온도 센서를 사용하여 제 1 온도를 센싱하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 온도는 상기 제 1 온도 변화부의 온도이고,
상기 제 1 온도 변화부는 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록을 포함하고, 그리고 상기 제 1 온도 센서는 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록 내에 임베딩되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 온도 센서는 저항 온도 검출기 (resistance temperature detector; RTD) 를 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록은 금속 플레이트 또는 블록인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 온도 변화부의 상기 온도는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 제 1 온도 변화부 상에 있을 때, 또는 상기 반도체 웨이퍼가 상기 제 1 온도 변화부를 떠날 때 측정되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 상기 제 1 온도 변화부의 상기 온도의 변화; 및/또는
상기 반도체 웨이퍼에 의해 유발된 상기 제 1 온도 변화부의 최대 온도를 검출하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 방법은 상기 반도체 웨이퍼의 상기 온도가 상기 제 1 온도 변화부를 사용하여 변화되기 전 제 2 온도 변화부를 사용하여 상기 반도체 웨이퍼의 상기 온도를 변화시키는 단계를 더 포함하고;
상기 제 1 온도 변화부는 상기 반도체 웨이퍼를 패시브로 냉각하기 위한 것이고; 그리고
상기 제 2 온도 변화부는 상기 반도체 웨이퍼를 액티브로 냉각하기 위한 것인, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 방법은,
상기 센싱된 제 1 온도; 및/또는
상기 센싱된 제 1 온도의 변화; 및/또는
상기 센싱된 제 1 온도와 상기 측정 챔버의 온도인 제 2 온도 사이의 차에 기초하여, 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 21 항에 있어서,
상기 동작을 수행하는 단계는,
경보를 생성하는 단계; 또는
상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상기 차 및 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상기 차와 질량 측정 에러 사이의 미리 결정된 관계에 기초하여 상기 반도체 웨이퍼에 대한 질량 측정값을 보정하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 22 항에 있어서,
상기 미리 결정된 관계는 상기 제 1 온도와 상기 제 2 온도 사이의 상이한 차들에 대해 하나 이상의 반도체 웨이퍼들에 대한 복수의 질량 계측 측정값들, 및 상기 반도체 웨이퍼의 공지의 질량으로부터 도출되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록은 상기 측정 챔버에 열적으로 커플링되는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 방법은 상기 반도체 웨이퍼를 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록에 진공 클램핑하는 단계;
상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록으로의 불완전한 진공 클램핑을 센싱하는 단계; 및
상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 1 열 전달 플레이트 또는 블록으로의 상기 불완전한 진공 클램핑의 상기 센싱에 기초한 동작을 수행하는 단계를 포함하는, 반도체 웨이퍼 질량 계측 방법.
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