用于控制半导体晶片温度的方法和设备
阅读说明：本技术 用于控制半导体晶片温度的方法和设备 (Method and apparatus for controlling temperature of semiconductor wafer ) 是由 格雷戈尔·埃里奥特 埃里克·汤尼斯 保罗·哈里森 马克·拜里 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：一种半导体晶片质量计量方法包含：通过下述方式控制半导体晶片温度；检测与所述半导体晶片温度相关的信息；以及基于检测到的与所述半导体晶片的温度相关的所述信息来控制所述半导体晶片的冷却或加热；其中控制所述半导体晶片的冷却或加热包含控制所述半导体晶片的所述冷却或加热的持续时间；以及接下来将所述半导体晶片装载至半导体晶片质量计量设备的测量区域上。(A semiconductor wafer mass metrology method comprising: controlling the temperature of the semiconductor wafer by; detecting information related to the temperature of the semiconductor wafer; and controlling cooling or heating of the semiconductor wafer based on the detected information relating to the temperature of the semiconductor wafer; wherein controlling cooling or heating of the semiconductor wafer comprises controlling a duration of the cooling or heating of the semiconductor wafer; and subsequently loading the semiconductor wafer onto a measurement area of a semiconductor wafer quality metrology device.)
技术领域
本发明总体上涉及一种控制半导体晶片温度的方法以及一种用于控制半导体晶片温度的设备。
在一些实施方案中，本发明涉及一种半导体晶片质量计量方法以及一种半导体晶片质量计量设备。
背景技术
使用各种技术，例如包括沉积技术(CVD、PECVD、PVD等)和去除技术(例如化学蚀刻、CMP等)，将微电子装置制造在半导体(例如硅)晶片上。可以以改变其质量的其他方式(例如通过清洁、离子注入、光刻等)进一步处理半导体晶片。
对处理步骤的任何一侧的晶片质量变化的测量是实现产品晶片计量的一种有吸引力的方法。它成本相对较低，速度较高，并且可以自动适应不同的晶片电路图案。此外，与替代技术相比，其通常可以提供更高精度的结果。例如，在许多典型的材料上，材料层的厚度可以分解到原子级。在所关注的处理步骤之前和之后，对所讨论的晶片进行称重。质量的变化与生产设施的性能和/或晶片的期望性质相关联。
在半导体晶片上执行的处理步骤能够导致半导体晶片的质量发生很小的变化，这可能需要进行高精度的测量。例如，从半导体晶片的表面去除少量材料可以使半导体晶片的质量减小几毫克，并且可能期望以±100μg或更好的分辨率来测量该变化。
在这些高测量精度水平下，由被测量的半导体晶片或测量天平(measurementbalance)的温度中的温度变化引起的测量输出中的误差可能变得显著。例如，半导体晶片与测量天平或壳体之间的大约0.005℃的温差可以导致半导体晶片的确定质量中的大约5μg的误差。测量设备的不同部分之间的温度变化(即温度不均匀，其例如由于使用测量设备测量的半导体晶片的热负荷而导致)将导致测量输出的误差。另外，如果半导体晶片具有高于测量设备的测量壳体的温度，则可以在测量壳体中的空气中生成气流(例如，对流气流)，这会影响测量输出。另外，测量壳体中的空气可以被加热，从而改变其密度和压力，并因此改变空气施加到半导体晶片上的浮力。这也可以影响测量输出。这些影响的量级通常被认为是微不足道的，并且在较低精度的质量测量(例如，以毫克级的分辨率执行的测量)中被忽略(或未检测到)。
刚在生产线中处理后的半导体晶片的温度可以是400-500℃或更高。在处理之后，可以将半导体晶片与其他最近处理的半导体晶片(例如总共25个)一起装载到前开式晶片传送盒(FOUP)中，以在生产线的不同处理位置之间传送。当FOUP到达用于对半导体晶片进行称重的称重装置时，半导体晶片的温度可能仍然很高，例如70℃或更高。相反，称重装置的温度可以为大约20℃。因此，在半导体晶片和称重装置之间可能存在显著的温差。如上所讨论的，半导体晶片和称重装置之间的显著的温差可导致重量测量中的误差。对于高精度重量测量，甚至由非常小的温差(例如小于1℃，例如0.001℃)引起的误差也可能是显著的。
WO02/03449描述了一种半导体晶片质量计量方法，该方法旨在减少由测量天平或被测量的半导体晶片中的温度变化引起的测量输出中的误差。在WO02/03449中描述的方法中，将半导体晶片从前开式晶片传送盒(FOUP)中移出并放置在与半导体晶片质量计量设备的室热耦合的无源传热板上，然后再将其放置在半导体晶片质量计量设备的测量区域上。无源传热板使半导体晶片的温度与室的温度均衡，以保持在±0.1℃之内。当将半导体晶片装载到测量室中时，这种温度均衡可以减小上面讨论的潜在误差。因此，相对于在进行测量之前没有对半导体晶片进行温度均衡的方法，该方法可以使测量输出更加精确。
WO2015/082874描述了WO02/03449中的半导体晶片质量计量方法的发展，其中在使用传热板让半导体晶片温度与半导体晶片质量计量设备的温度均衡之前，先从半导体晶片移除大部分的热负荷，以减少在半导体晶片质量计量设备上的热负荷(否则其可能导致半导体晶片质量计量设备的温度上的变化)。在WO2015/082874中公开的实施方案中，使用有源传热板从半导体晶片去除大部分热负荷，然后使用无源传热板将半导体晶片的温度与测量室的温度均衡，该无源传热板安装在测量室的上表面上并与测量室保持热平衡。
发明内容
当使用例如有源传热板之类的传热板来冷却半导体晶片时，通常是将半导体晶片放置在传热板的顶部上而使其与传热板接触。
典型地，将半导体晶片放置在与传热板接触一段固定的时间，该段时间被认为应足以确保将具有在预定温度分布内的初始进入温度的所有半导体晶片冷却到基本相同的预定温度。例如，可以将所有半导体晶片放置在有源传热板上持续40秒的固定时间。
然而，这意味着会将较冷的半导体晶片放置在与传热板接触的时间长于将半导体晶片冷却至预定温度的实际所需时间。因此，这会降低半导体晶片处理的产量，并且降低半导体晶片处理的生产率。具体而言，冷却半导体晶片的步骤可以是半导体晶片处理中的速率限制步骤，使得对半导体晶片冷却时间的任何增加都会导致半导体晶片处理总时间的相应增加，并且因而降低了产量以及生产率。
本发明人已经认识到，当在冷却半导体晶片时，将半导体晶片的初始进入温度考虑进去，可改善半导体晶片处理的产量及生产率，例如，使得较冷的半导体晶片不像较热的半导体晶片冷却那么长的时间，或者例如，如果半导体晶片的温度已经等于或处于预定温度的预定范围内，就完全不对半导体晶片进行冷却。
更广泛而言，相同的考虑也可以适用于其它情况下的半导体晶片处理，其中在执行半导体晶片的处理前，有必要将进入的半导体晶片的温度控制在预定温度。
因此，最广泛地，本发明提供了一种方法，其中半导体晶片的冷却或加热至少部分地基于半导体晶片的进入温度来控制。这种方法的实现可以是半导体处理方法的一部分，例如半导体晶片计量方法。
根据本发明的第一方面，提供了一种控制半导体晶片温度的方法，该方法包含：
检测与半导体晶片温度相关的信息；以及
基于所检测到的与半导体晶片温度相关的信息来控制半导体晶片的冷却或加热。
在本发明的第一方面中，半导体晶片的冷却或加热是基于与半导体晶片温度相关的信息来控制。这意味着在执行半导体晶片的冷却或加热时要考虑半导体晶片温度，以使较冷的半导体晶片与较热的半导体晶片进行不同的冷却或加热。因此，可以针对半导体晶片温度来使半导体晶片的冷却或加热最佳化，从而可以提高产量和生产率。控制半导体晶片的冷却或加热可以包含：决定不对半导体晶片进行冷却或加热，例如在半导体晶片的温度已经等于期望温度或处于期望温度的预定范围内的情况下。换句话说，控制半导体晶片的冷却或加热可以包含：将半导体晶片的冷却或加热的持续时间设定为零，从而不执行半导体晶片的冷却或加热。
本发明的第一方面可以选择性地具有以下选择性特征中的任何一个，或者在兼容的情况下具有以下选择性特征的任意组合。
典型地，半导体晶片的温度为半导体晶片的进入温度，例如，如果要执行半导体晶片的冷却或加热的话，在半导体晶片的冷却或加热执行之前不久或(就在)执行之前的半导体晶片温度。例如，如果要进行半导体晶片的冷却或加热的话，就在开始执行半导体晶片的冷却或加热之前不到1分钟内、或不到30秒内、或不到10秒内执行对半导体晶片温度的测量。
典型地，如果要进行半导体晶片的冷却或加热的话，半导体晶片温度的测量是在半导体晶片的冷却或加热要开始前不到3秒内进行，例如在晶片放置到传热板上之前不到3秒内进行。接着，如果要进行半导体晶片的冷却或加热的话，则在半导体晶片的冷却或加热开始时，所测量到的温度会准确地对应于半导体晶片温度。
与半导体晶片温度相关的信息可以是半导体晶片的实际温度。替代地，该信息可以是指示或表示半导体晶片的实际温度或与半导体晶片的实际温度成比例的信息，例如半导体晶片发射的红外线(IR)辐射量。
检测与半导体晶片温度相关的信息通常意味着测量与半导体晶片温度相关的信息，例如，测量由半导体晶片发射出的IR辐射的量。
与半导体晶片温度相关的信息可以使用非接触式测量方法检测。
例如，检测与半导体晶片温度相关的信息可以包含检测由半导体晶片发射的辐射，例如IR辐射。典型地，该方法会涉及测量由半导体晶片发射的辐射量。由于半导体晶片发射的IR辐射量取决于半导体晶片温度，因此半导体晶片发射的IR辐射量便指明半导体晶片的温度。
当然，可以以不同的方式来测量与半导体晶片温度相关的信息。
例如，与半导体晶片温度相关的信息可以使用接触式的方法取代来测量，例如通过使温度传感器与半导体晶片接触来测量。
在一些示例中，测量与半导体晶片温度相关的信息可以包含测量和与半导体晶片热接触的物体的温度相关的信息，例如用于传送半导体晶片的机械臂的末端执行器。该信息可以使用非接触方法来获得，例如通过测量红外线辐射量。
在一些示例中，非接触式温度测量装置可以嵌入在用于传送半导体晶片的机械臂或机械臂的末端执行器中。
在一些示例中，可以使用热像仪来执行非接触式测量。
当然，在本发明中可以使用方法组合或一种以上的方法来获得与半导体晶片温度相关的信息，所述方法组合例如接触式方法和非接触式方法的组合。
半导体晶片的冷却或加热可以以唯一地取决于半导体晶片温度的方式来控制，从而针对半导体晶片的每个不同温度执行不同的冷却或加热控制。
替代地，该方法可以包含将与半导体晶片温度相关的检测信息与一或多个阈值进行比较；以及基于比较结果来控制半导体晶片的冷却或加热。
例如，温度大于(或大于或等于)阈值的半导体晶片可以以第一方式控制其冷却或加热，而温度小于(或小于或等于)阈值的半导体晶片可以以第二方式控制其冷却或加热。
因此，实质上，可以将半导体晶片分类为“冷”或“热”类别，然后可以基于该分类来控制半导体晶片的加热或冷却。例如，当控制半导体晶片的冷却步骤时，在“冷”类别中的晶片比在“热”类别中的晶片被冷却较短的时间，或在“冷”类别中的晶片可以根本不被冷却，即可以省略对“冷”类别晶片的冷却，而对“热”类别的晶片进行冷却。
更通常地，可以将半导体晶片分类为“环境的”或“非环境的”。
例如，本方法可以包含：将所检测到的与半导体晶片温度相关的信息与阈值进行比较；基于比较的结果，将半导体晶片分类至多个类别中的一个；以及基于该分类的结果来控制半导体晶片的冷却或加热。
从半导体晶片发射的红外线辐射量可能受到半导体晶片上任何涂层的显著影响。尤其是，硅对于红外线波长基本上是透明的，而通常应用于半导体晶片的涂层对于红外线波长通常是不透明的，且通常具有不同程度的红外线发射率。因此，可以考虑所测量的半导体晶片的具体构造(例如半导体晶片的任何表面涂层)来确定阈值。
可以通过测量来自半导体晶片的IR信号来实验确定该阈值，该半导体晶片具有针对半导体晶片的不同温度的特定构造(例如特定的(一或多个)表面涂层)。替代地，可以基于理论来计算出该阈值。
更通常地，该阈值可基于通常用于在半导体晶片上的多个涂层的红外线发射率来预先确定，例如平均值，或基于最小或最大值。
类别的数量可以是两个，例如上面讨论的“冷”或“热”类别示例，或者也可以是两个以上。实际上，可能的类别的数量可以是任何数量。
典型地，每个类别将唯一地对应于控制半导体晶片的加热或冷却的特定方式，从而使不同类别的半导体晶片彼此不同地被冷却或加热。控制半导体晶片的冷却或加热可以包含：控制半导体晶片的冷却或加热的持续时间。在半导体晶片具有等于期望温度的温度(例如环境温度或测量室的温度)的情况下，可以将半导体晶片的冷却或加热的数量控制为零，从而不对半导体晶片进行加热或冷却。因此，可以将半导体晶片的冷却或加热的持续时间控制为零。
控制半导体晶片的冷却或加热可以包含：如果半导体晶片的测量温度和预定温度(例如测量区域的温度、例如测量室的温度)之间的温度差小于±2K或±1K或±0.5K或±0.1K，便省略可用的冷却或加热步骤。
例如，这可以包含控制半导体晶片与加热或冷却零件(例如传热板)接触的持续时间。
替代性地，或者附加地，这可以包含控制向用于加热或冷却半导体晶片的的电动加热或冷却零件(例如电阻加热器或帕耳帖装置)供电的持续时间。
例如，当冷却半导体晶片时，与较热的晶片相比，较冷的晶片可以被冷却较短的持续时间。相反地，当加热半导体晶片时，较热的晶片可以比较冷的晶片加热更短的持续时间。因此，产量及生产率可以改善。替代地，在半导体晶片温度等于期望温度或处于期望温度的预定范围内的情况，半导体晶片的冷却或加热可以省略，而不进行冷却或加热。
替代地，或附加地，控制半导体晶片的冷却或加热步骤可以包含：控制半导体晶片的冷却或加热的速率。在半导体晶片温度等于期望温度或处于期望温度的预定范围内的情况下，可以将冷却或加热的速率控制为零，从而不执行冷却或加热。
冷却或加热的速率是指温度变化除以温度变化发生的时间。因此，较高的冷却或加热速率对应于更快的温度变化。
例如，当冷却半导体晶片时，比起较冷的晶片，较热的晶片可以以更快的速率冷却，以减少冷却较热的晶片所花费的时间。相反地，当加热半导体晶片时，比起较热的晶片，较冷的晶片可以以更快的速率加热，以减少加热较冷的晶片所花费的时间。因此，可以改善产量和生产率。
可以使用无源冷却或加热装置(例如无源传热板)或有源冷却或加热装置(例如有源传热板)来冷却半导体晶片。
在本文中，“无源”是指冷却或加热装置并非被冷却/加热元件冷却或加热，而是仅通过周围环境接收其温度。
无源传热板通常是具有高热质量和/或高导热率的材料板或块。
例如，无源传热板可以是金属板或块，例如铝。
在使用无源传热板进行加热或冷却的情况下，无源传热板可以与随后将在其中处理半导体晶片的处理室基本上处于热平衡，例如计量设备的测量室(热平衡可能意味着温差不超过0.1℃)。例如，无源传热板可以例如使用具有高导热率的螺栓附接到处理/测量室的外表面。
相反，“有源”指的是冷却或加热设备是通过电动加热或冷却装置来加热或冷却。
例如，半导体晶片可以使用帕耳帖装置来冷却，或者使用电阻加热装置来加热。
半导体晶片的加热可以例如替代地使用电加热器来实现。
半导体晶片的冷却可以例如替代地使用冷冻系统或水冷却系统来实现。
然而，典型地，使用传热板可以更精确地冷却或加热半导体晶片。
有源传热板可包含具有高热质量和/或高导热率的材料的板或块，其由一或多个电动冷却或加热装置来加热或冷却。例如，材料的板或块可以是金属板或块，例如铝。
控制半导体晶片的冷却或加热可以包含：控制该电动冷却或加热装置的功率。增加电动冷却或加热装置的功率典型地对应于增加由冷却或加热装置所提供的半导体晶片的冷却或加热速率，而降低电动冷却或加热装置的功率典型地则是对应于降低冷却或加热装置的功率。控制电动冷却或加热装置的功率可以包含：控制供应给电动冷却或加热装置或由其使用的电力。在半导体晶片温度等于期望温度或在期望温度的预定范围内的情况下，可以将电动冷却或加热装置的功率控制为零。
根据本发明的第一方面的控制半导体晶片温度的方法可以是半导体晶片处理方法的一部分，在该半导体晶片处理方法中处理半导体晶片。
因此，根据本发明，可以提供一种半导体晶片处理方法，该方法包含：使用本发明的第一方面的方法控制半导体晶片温度；然后将半导体晶片装载到半导体晶片处理设备的处理区域上。
在这样的处理方法中，可以将半导体晶片温度控制为基本上等于预定的处理温度，该预定的处理温度也就是执行半导体晶片处理的半导体晶片的期望温度。这可以使用如上面所讨论的无源或有源冷却来实现，例如通过使用如上面所讨论的无源或有源传热板来实现。
替代地，首先可以将半导体晶片温度控制为在预定处理温度的±2K或±1K或±0.5K或±0.1K以内的温度，然后该方法可以进一步包含将半导体晶片冷却或加热到基本上等于预定处理温度的进一步的步骤。因此，将半导体晶片冷却或加热到预定处理温度可以是一个两步骤的冷却或加热过程。
例如，根据本发明的第一方面的方法可以包含使用有源冷却零件控制半导体晶片的冷却或加热，然后随后使用无源冷却零件来冷却或加热半导体晶片，例如与处理室(要在其中处理半导体晶片)基本上热平衡的无源冷却零件(例如上述的无源传热板)。
在半导体晶片的进入温度等于预定处理温度或处于预定处理温度的预定范围内，可以省略使用有源冷却零件来进行半导体晶片的冷却或加热步骤，且可以替代性地仅使用无源冷却零件来进行半导体晶片的冷却或加热。如此可以显著提高半导体晶片的产量。
该处理方法可以是计量方法，例如质量计量方法。
在一具体示例中，该处理方法可以是半导体晶片质量计量方法，该方法包含使用本发明的第一方面的方法控制半导体晶片温度；以及随后将半导体晶片装载至半导体晶片质量计量设备的测量区域上。
在这种质量计量方法中，典型地，使用一步骤的加热或冷却处理或如上述的两步骤的冷却或加热处理而将半导体晶片温度控制为等于半导体晶片质量计量设备的测量区域的温度。本发明的第一方面的方法可以应用于两步骤的冷却处理中的任一步骤或两个步骤。
测量区域可以位于测量室内部；并且可以将半导体晶片温度控制为基本上等于测量室的温度，或者在测量室的温度的±2K或±1K或±0.5K或+0.1K以内。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于控制半导体晶片温度的设备，该设备包含：
用于冷却或加热半导体晶片的冷却或加热零件；以及
控制器，其被配置成用于基于与半导体晶片温度相关的检测信息来控制该冷却或加热零件，以对半导体晶片进行冷却或加热。
在兼容的情况下，本发明的第二方面可以包含以上讨论的本发明的第一方面的任何特征。
在这些特征与方法步骤相关的情况下，控制器可以被配置为控制该设备以执行这些方法步骤。
另外或替代地，本发明的第二方面可以包含以下可选特征中的任何一个，或者在兼容的情况下，可以包含以下任选特征的任意组合。
该控制器可以被配置为：将检测到的与该半导体晶片温度相关的信息与阈值进行比较；基于该比较的结果来控制对该半导体晶片的冷却或加热。
该控制器可以被配置为：将检测到的与该半导体晶片温度相关的信息与阈值进行比较：基于该比较的结果，将半导体晶片分类为多个类别中的一个；并且基于分类结果来控制半导体晶片的冷却或加热。
该控制器可以被配置为控制冷却或加热半导体晶片的持续时间。控制半导体晶片的冷却或加热的持续时间可以包含：决定不执行半导体晶片的冷却或加热，使得半导体晶片的冷却或加热的持续时间为零。
例如，在冷却或加热零件为电动冷却或加热零件的情况下，控制半导体晶片的冷却或加热的持续时间可以包含：控制向冷却或加热零件供电的持续时间。
例如，控制器可以被配置为控制冷却或加热零件的冷却或加热速率。控制半导体晶片的冷却或加热速率可以包含：决定不执行半导体晶片的冷却或加热，以使得半导体晶片的冷却或加热的速率为零。
替代地，控制半导体晶片的冷却或加热的持续时间可以包含：控制半导体晶片与冷却或加热零件接触的持续时间。
例如，该设备可以包含一或多个传送零件(例如一或多个具有一或多个末端执行器的机械臂)，用于装载/卸除半导体晶片到/离开冷却或加热零件，并且控制器可以控制半导体晶片的装载/卸除时间，以使半导体晶片装载到冷却或加热零件上持续所需的时间。
该冷却或加热零件可以包含电动冷却或加热装置。
该控制器可以被配置成用于控制该电动冷却或加热装置的电源。
如上文所讨论的，该冷却或加热零件可以是无源传热板或有源传热板。
该设备可以包含检测器，其被配置成用于检测与半导体晶片温度相关的信息，例如通过测量由半导体晶片发射的辐射量进行。
检测器可以被配置成用于在将半导体晶片装载到冷却或加热零件上之前检测与半导体晶片温度相关的信息。这样做是有利的，因为如果半导体晶片温度已经在预定温度的预定范围内，就可以决定不对半导体晶片进行冷却或加热，在这种情况下，就不会将半导体晶片装载到冷却或加热零件上。
替代地，当半导体晶片被装载到冷却或加热零件上时或的同时，检测器被配置成用于检测与半导体晶片温度相关的信息。
然而，检测器可以与设备分开设置，在这种情况下，本发明可以提供一种系统，该系统包含根据本发明第二方面的设备以及用于检测与半导体晶片温度相关的信息的检测器。
该检测器可以包含红外线检测器，其用于检测来自半导体晶片的红外线辐射。典型地，测量半导体晶片所发射出的红外线辐射量，并用于给出半导体晶片温度的定性(通过与其他测量值比较)或定量(通过计算)指示。
该设备可以是半导体晶片处理设备，其进一步包含处理区域，在该处理区域中可以对半导体晶片进行处理以测量或改变半导体晶片的一或多个特性。
该设备可以是半导体晶片质量计量设备，其进一步包含测量区域，在该测量区域中可以确定半导体晶片的重量和/或质量，或者可以确定半导体晶片的重量和/或质量的变化。
附图说明
现在将参考附图仅通过举例的方式来讨论本发明的实施方案，其中：
图1示出了根据本发明的第一实施方案的半导体晶片质量计量设备；
图2示出了根据本发明的第二实施方案的半导体晶片质量计量设备；以及
图3示出了根据本发明的第三实施方案的半导体晶片质量计量设备。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的第一实施方案的半导体晶片质量计量设备。半导体晶片质量计量设备包括称重天平1，其具有用于接收半导体晶片的称重盘3。称重天平1被配置为提供测量输出，该测量输出指示装载在称重盘3上的半导体晶片的重量。
称重天平1位于称重室5(测量室)内，该称重室5形成围绕称重天平1的密闭环境，例如，以保持称重天平1周围的空气的基本均匀的空气密度、气压和空气温度，以及防止通风(draught)并提供电磁屏蔽。称重室5具有开口(未示出)，例如在称重室5的侧壁上的适当尺寸的狭槽，以允许将半导体晶片例如通过机械臂传送到称重室5中，以及将其定位在称重盘3上。当不使用时，开口可以被可打开的门或盖(未示出)覆盖，以允许在使用称重天平1执行测量时将称重室5基本关闭或密封。
无源传热板7被定位在称重室5的顶部上。传热板7包括具有良好导热率的材料(例如Al)块。无源传热板还优选地具有高的热质量，使得在向其供应热量时其温度改变缓慢且很少，并且具有良好的横向导热率，从而使无源传热板在其整个上表面范围内保持基本均匀的温度。在该实施方案中，无源传热板7由铝制成，但是在其他实施方案中，可以使用具有良好导热率的任何其他材料。
无源传热板7被直接定位在称重室5的顶部上，从而在无源传热板7和称重室5之间具有良好的热接触。无源传热板7与称重室5直接物理接触。无源传热板7可以例如使用一个或多个螺栓(未示出)和/或导热粘合层(未示出)附接或固定到称重室5。
由于无源传热板7与称重室5之间的良好的热接触，无源传热板7可以与称重室5基本处于热平衡，因此可以具有与称重室5基本相同的温度。称重天平1也可以与称重室5处于热平衡，因此也可以具有与称重室5基本相同的温度。这样，无源传热板7可以与称重天平1基本处于热平衡，因此可以具有与称重天平1基本相同的温度。
称重天平1和称重盘3可以被视为包含半导体晶片质量计量设备的测量区域。替代性地，称重室5可以被认为包含半导体晶片质量计量设备的测量区域。
图1的半导体晶片质量计量设备还包含有源传热板9、IR传感器10以及控制器12，将在下面更详细地讨论。
多个帕耳帖装置11附接到有源传热板9的底侧。每一帕耳帖装置11具有附接到其底面的散热槽13。可以在传热板9底侧下方的区域17中提供气流15，以便从帕耳帖装置11以及散热槽13移除热能。当然，气流的构造可以与图1所示的不同，例如可以通过风扇将空气从区域17的底部吹出。
在图1中，有源传热板9被显示为位于称重室5的右侧。然而，在其他实施方案中，有源传热板9可定位成不同方式，例如在不同侧、在称重室5的上方或下方、或比图1所示的更靠近或更远离称重室5。在其他实施方案中，有源传热板9可直接或间接地附接或连接至无源传热板7。
使用上，晶片传送器(例如EFEM的机械臂的末端执行器)被用于从FOUP(未显示)或者从另一处理设备(未显示)移出半导体晶片，并将半导体晶片传送到有源传热板9且将其放置在有源传热板9上。当从FOUP(或其他处理设备)中取出半导体晶片时，其温度可能为约70℃。例如，半导体晶片可能已经在半导体装置生产线的处理站处被处理，其可能已将半导体晶片加热到400至500℃的温度，然后才将半导体晶片装载到FOUP中。
当将半导体晶片放置在有源传热板9上时，热能就从半导体晶片传导到有源传热板9，从而降低了半导体晶片温度。典型地将半导体晶片定位在有源传热板9上足够长的时间，以使半导体晶片以及有源传热板9达到热平衡(例如使得它们具有基本上相同的温度)。如下面讨论的，在本实施方案中，通过有源传热板9来冷却半导体晶片由控制器12基于IR传感器10所测量的半导体晶片的进入温度来控制。如下所讨论者，在某些情况下，可以不执行通过有源传热板9对半导体晶片进行的冷却，在这种情况下，可以不将半导体晶片放置在有源传热板9上。
将热能从半导体晶片传递到有源传热板9会起到增加有源传热板9的温度的作用。在此情况下，半导体晶片与有源传热板9的热平衡温度可能与半导体晶片的期望温度不同。为了防止有源传热板9的温度因来自半导体晶片的热负荷而升高，有源传热板9可经操作而主动消散从半导体晶片所移除的热负荷。具体而言，操作帕耳帖装置11以主动地从有源传热板9移除热能。换句话说，将电力供应至帕耳帖装置11，以使其作为有源热泵，而将热能自其与有源传热板9接触的上表面传递到散热槽13所附接的下表面。
在有源传热板9下方的区域17中提供气流15，帕耳帖装置11和散热槽13定位在该区域中，以便从帕耳帖装置11和散热槽13移除热。因此，利用有源传热板9从半导体晶片上移除的热通过气流15传送离开半导体晶片质量计量设备的称重室5并且从其消散，因此该热对半导体晶片质量计量设备的温度没有影响。气流15可以由例如位于区域17中或区域17的边缘处的一或多个风扇产生。换句话说，热会从有源传热板9主动消散。
如上所述，主动地从有源传热板9消散热将防止热积聚在有源传热板9中，这将导致传热板9的温度升高。在本实施方案中，从半导体晶片所移除的热是通过经由有源传热板9消散来有效地/有效率地处置。这可以使得半导体晶片温度能够利用传热板9更精确/准确地控制。
有源传热板9的操作被用于移除来自半导体晶片的大部分热负荷，以使当半导体晶片定位在称重盘3上时，其温度可以降低至接近于半导体晶片所期望的温度。有源传热板9可移除超过90％、或超过95％的需被移除的热，以将半导体晶片温度降低到期望的温度。换句话说，有源传热板9可引起将半导体晶片(当其放置在称重盘3上时)从其初始温度降低到期望温度时所需的超过90％或超过95％的温度变化。
在本实施方案中，当将半导体晶片装载到称重盘3上时，期望使半导体晶片温度与称重室5的温度基本相符，以使半导体晶片与称重室5之间基本上没有温度差(且因此在半导体晶片与称重天平1之间基本上没有温度差)。在本实施方案中，有源传热板9可以将半导体晶片冷却到称重室5温度的±1℃之内。例如，在称重室的温度为20℃的情况下，有源传热板9可以将半导体晶片冷却至(20±1)℃的温度。然而，在其他实施方案中，由有源传热板9提供的冷却量可以与此不同，只要有源传热板9至少提供半导体晶片所需温度变化的50％以上，优选是超过80％以上。
一旦使用有源传热板9将半导体晶片冷却至接近期望温度的温度，便会使用晶片传送器将半导体晶片运送至无源传热板7。
然而，如上所述，在半导体晶片温度处于期望温度(例如称重室5的温度)的预定范围内的情况下，在使用有源传热板9冷却半导体晶片之前，可以决定省略使用有源传热板9来冷却半导体晶片，取而代之的是，将半导体晶片输送到无源传热板7而不先通过有源传热板9进行冷却。
如上文所讨论的，当半导体晶片被定位在无源传热板7时，半导体晶片和无源传热板7之间有良好的热接触。因此，半导体晶片是通过将热从半导体晶片传导到无源传热板7而冷却下来的。典型地，将半导体晶片定位在无源传热板7上足够长的时间，以使半导体晶片与无源传热板7具有基本上相同的温度(也就是使得半导体晶片匹配于或相等于无源传热板7的温度，而因此达到称重室5的温度)。例如，可以将半导体晶片放置在传热板7上长达60秒的时间。
在将半导体晶片放置在无源传热板7上之前，已经先通过有源传热板9移除了大部分热负荷(除非由于半导体晶片温度在所需温度的预定范围内而省略使用有源传热板9进行冷却)。因此，在温度平衡期间，无源传热板7上的热负荷非常低，因此无源传热板7和称重室5(其具有高的热质量)的温度在温度平衡期间保持基本恒定。此外，为了使半导体晶片与无源传热板7达到热平衡，仅有相当少的热能必须被交换。
当半导体晶片温度与称重室5的温度基本相等时(例如当半导体晶片位于传热板7上已经过预定的时间段时)，晶片传送器便将半导体晶片从传热板7传送到称重盘3。接着使用称重天平1来提供指示半导体晶片重量的测量输出。因为半导体晶片温度已经基本与称重室的温度匹配，且没有显著改变称重室的温度(因为称重室上的热负荷很小)，所以测量输出中的温度误差可能基本上为零。例如称重室5中可能没有产生明显的对流，半导体晶片上的浮力没有显著变化(浮力会是通过加热称重室5中的空气所引起)，且称重天平1中没有因半导体晶片出现在称重盘3上而产生明显的温度变化(例如温度升高或温度不均匀)。
如上所述，本实施方案的半导体晶片质量计量设备包含IR传感器10和控制器12。在图中示意性地显示出了IR传感器10和控制器12，当然它们的配置及在实施中的定位会与图中所示的不同。
IR传感器10被配置成用于在将半导体晶片放置在有源传热板9上之前测量由半导体晶片发出的红外线(IR)辐射。所测得的由半导体晶片发射的IR辐射指明半导体晶片在定位于有源传热板9上之前的进入温度。
如上所述，典型地将半导体晶片定位在有源传热板9上足够长的时间，以使半导体晶片和有源传热板9达到热平衡(例如使得它们具有基本上相同的温度)。过去是将所有半导体晶片放置在有源传热板9上相同的时间段(例如40秒)来实现的。然而，本发明人已经意识到，如此意味着某些较冷的半导体晶片在有源传热板9上的放置时间会比使半导体晶片与有源传热板热平衡的实际所需的时间更长。
相对地，在本发明中，控制器12基于由IR传感器所执行的测量来控制有源传热板9对半导体晶片的冷却。
具体而言，控制器12被配置成接收来自IR传感器的测量结果，并且基于所接收到的测量结果来控制有源传热板9对半导体晶片的冷却。
在本实施方案中，控制器12被配置成基于IR传感器10的测量结果来控制有源传热板9对半导体晶片进行冷却的持续时间。具体而言，控制器12被配置成控制对较冷的半导体晶片(其测量的IR幅值较小)进行冷却的持续时间要短于对较热的半导体晶片(其测量的IR幅值较大)进行冷却的持续时间。在半导体晶片温度等于期望温度或在期望温度(例如称重室5的温度)的预定范围内的情况下，可以决定不使用有源传热板来冷却半导体晶片。换句话说，可以将通过有源传热板9冷却半导体晶片的持续时间控制为零。
在本实施方案中，控制器12被配置成基于IR传感器10的测量结果而将每个进入的半导体晶片分类为“冷的”或“热”，并且通过有源传热板9基于该分类来控制对半导体晶片进行冷却的持续时间。
当然，在其他实施方案中，控制器12可以更一般性地配置成基于IR传感器10的测量结果而将每个进入的半导体晶片分类为“环境的”或“非环境的”。
例如，可以将IR传感器10针对半导体晶片测得的IR辐射的幅值与预定阈值进行比较，以查看该幅值是否大于(或大于或等于)预定阈值。当该幅值大于(或大于或等于)预定阈值时，便可以将半导体晶片归类为“热的”，而在不是这种情况下，就可以将半导体晶片归类为“冷的”。
被分类为“热的”的半导体晶片可以被冷却持续第一持续时间，而被分类为“冷的”的半导体晶片可以被冷却持续较短的第二持续时间，第二持续时间可以例如为零(换句话说，“冷的”晶片可以不被有源传热板9冷却)。例如，取代于将所有的半导体晶片让有源传热板9冷却40秒的时间，例如，可以将“热的”晶片冷却40秒，而将“冷的”晶片冷却30秒。因此，减少了用于冷却“热的”、“冷的”混合晶片的总冷却时间，而增加了产量和生产率。
当然，可以有两个以上的类别，并且最热的半导体晶片可以被归类为第三类别，其具有比“热的”晶片更长的冷却时间，例如50秒。
在本实施方案中通过控制将半导体晶片装载到有源传热板上的时间来控制由有源传热板9冷却半导体晶片的持续时间。因此，控制器12可以控制将半导体晶片装载到有源传热板9上的时间以及将半导体晶片从有源传热板9上卸除的时间，以便适当地控制有源传热板9对半导体晶片冷却的持续时间。如上所述，可以将半导体晶片装载到有源传热板9上的时间控制为零。
在其他实施方案中，控制器12可以替代地或附加地控制有源传热板9的主动冷却的量。例如，控制器12可以控制供应给帕耳帖装置11的功率，以改变帕耳帖装置所提供的冷却速率。
在替代性实施方案中，可以基于IR传感器10的测量结果来唯一地控制半导体晶片的冷却，例如，使用使IR传感器10的IR测量结果与半导体晶片的适当冷却持续时间相关联的关系。这种关系可以通过适当的实验预先确定。
可替代地，可以例如通过将IR传感器10的测量输出与多个预定阈值进行比较，而将半导体晶片分类为两个以上的类别。
在替代性实施方案中，IR传感器10和控制器12可以替代地或附加地被设置用于无源传热板7。因此，基于IR传感器10的测量值，可以由控制器12控制由无源传热板7对半导体晶片进行的冷却。
图2显示了根据第二实施方案的半导体晶片质量计量设备。根据第二实施方案的半导体晶片质量计量设备与第一实施方案的不同之处在于，省略了第一实施方案的无源传热板7。本实施方案的其他特征可以与上述第一实施方案的其他特征相同，因此不再详细描述这些特征。
在第二实施方案中，半导体晶片可以从有源传热板9直接被传送到称重室5。
在本实施方案中，优选地控制有源传热板9以使半导体晶片温度与称重室5的温度基本匹配。
图3显示了根据第三实施方案的半导体晶片质量计量设备。根据第三实施方案的半导体晶片质量计量设备与第一实施方案的不同之处在于，省略了有源传热板9，而为无源传热板7提供了IR传感器10和控制器12。
因此，在第三实施方案中，IR传感器在将半导体晶片装载到无源传热板7上之前，先测量来自半导体晶片的IR辐射，该IR辐射指示出在无源传热板7处的半导体晶片的进入温度。
接下来控制器12以与上面关于第一实施方案所讨论的方式类似的方式，例如通过控制将半导体晶片装载到无源传热板7上的时间量，来控制由无源传热板7冷却半导体晶片的持续时间。
在替代实施方案中，无源传热板7可以不位于称重室5上，而是可以与称重室5分开设置。
在以上讨论的实施方案中，是基于由IR传感器10所检测至的来自半导体晶片的IR幅值来控制半导体晶片的冷却。
在某些情况下，半导体晶片可能具有一或多个涂层，所述涂层可以影响半导体晶片在给定温度下发射的IR幅值。
因此，本发明可以进一步包含例如将半导体晶片的任何表面涂层的IR发射率纳入考虑，而针对半导体晶片的特定配置来校准IR传感器10和/或控制器12。
例如，在将IR传感器10的测量结果与预定阈值进行比较以将半导体晶片分类为特定类别的情况下，可以将被测量的半导体晶片的具体构造(例如半导体晶片的任何表面涂层)纳入考虑来确定预定阈值。
针对半导体晶片的不同温度，可以通过测量来自具有特定构造(例如特定的表面涂层)的半导体晶片的IR信号来实验确定这样的预定值。替代性地，这种预定值可以基于理论来计算出。
上述实施方案涉及冷却半导体晶片。然而，在其他实施方案中，有源和/或无源传热板也可以用于加热半导体晶片。
上述实施方案的有源和/或无源传热板可以用其他类型的冷却或加热装置代替。
上述实施方案涉及半导体晶片质量计量，其中该半导体晶片被装载到称重天平上。然而，其他实施方案可以是涉及将半导体晶片装载到不同类型的测量区域上的其他类型的计量学，或更一般性地涉及将半导体晶片装载到处理区域上的其他类型的半导体晶片处理。
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