DE10328660B3 - Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur T¶0¶ eines Halbleiterwafers 2 am Zeitpunkt t¶0¶ eines thermischen Kontakts des Halbleiterwafers 2 mit einem Temperaturerfassungselement 10. Erfindungsgemäß wird in einem ersten Verfahrensschritt 21 ein Temperaturverlauf 7 des Temperaturerfassungselements 10 vom Zeitpunkt t¶0¶ des thermischen Kontakts bis zum Zeitpunkt t¶G¶ eines thermischen Gleichgewichts zwischen dem Halbleiterwafer 2 und dem Temperaturerfassungselement 10 aufgenommen und in einem zweiten Verfahrensschritt 22; 220 die Temperatur T¶0¶ des Halbleiterwafers 2 am Zeitpunkt t¶0¶ des thermischen Kontakts auf der Grundlage einer Zeitdauer DELTAt zwischen dem Zeitpunkt t¶0¶ des thermischen Kontakts und dem Zeitpunkt t¶G¶ des thermischen Gleichgewichts und der zum Zeitpunkt t¶G¶ des thermischen Gleichgewichts erreichten Temperatur T¶G¶ des Halbleiterwafers 2 durch Rückrechnung mit Hilfe einer aus dem Newtonschen Abkühlungsgesetz abgeleiteten Gleichung bestimmt. Die Erfindung betrifft ferner eine Temperaturbestimmungsvorrichtung 1 für eine Aufnahmevorrichtung 4 zum Aufnehmen eines Halbleiterwafers 2 und eine Aufnahmevorrichtung 4 für einen Halbleiterwafer 2 mit einer solchen Temperaturbestimmungsvorrichtung 1.

Description

• Verfahrenzum Bestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers Die vorliegendeErfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einesHalbleiterwafers am Zeitpunkt eines thermischen Kontakts des Halbleiterwafersmit einem Temperaturerfassungselement.
• Halbleiter-Bauelementedominieren heutzutage einen großenTeil der Elektronik. Diese Bauelemente bestehen aus einer komplexenAnordnung elektronischer Strukturen, die in mehreren übereinanderangeordneten Ebenen auf einem Halbleitersubstrat, auch als Chipbezeichnet, miteinander verschaltet sind. Die Herstellung von Chipsauf einer Halbleiterscheibe, im folgenden als Halbleiterwafer bezeichnet,ist charakterisiert durch eine große Anzahl an Fertigungsschritten,welche in unterschiedlichen Fertigungsanlagen wie beispielsweiseOfenanlagen oder Plasmaätzanlagendurchgeführtwerden. Sobald ein Fertigungsschritt in einer Fertigungsanlage beendetist, muss ein Halbleiterwafer zur nächsten Anlage transportiertwerden.
• Umkurze Durchlaufzeiten der Halbleiterwafer bei der Fertigung zu erreichen,werden in der Regel spezielle Transportbehälter eingesetzt, in denen mehrereHalbleiterwafer gleichzeitig transportiert werden können. Alsbesonders günstigerweisen sich hierbei sogenannte FOUP-Boxen (Front Opening UnifiedPod), welche sich durch sehr schnelle Be- und Entladungszeiten auszeichnen.
• Problematischist jedoch, dass ein aus einer Fertigungsanlage entnommener undteilweise eine hohe Temperatur aufweisender Halbleiterwafer beim Ablegenin eine FOUP-Box eine in der Regel aus einem Kunststoff bestehendeAuflageflächebeschädigenkann. Dies ist insbesondere auch dann der Fall, wenn Prozessproblemein einer Fertigungsanlage eine überhöhte Temperatur einesHalbleiterwafers hervorrufen und folglich Beschädigungen an der Auflagefläche entstehen. ÄhnlicheProbleme können auchan Auflageflächenin beispielsweise Kühlkammernauftreten.
• Ausdiesem Grund wird eine Überprüfung derTemperaturen der aus einer Fertigungsanlage entnommenen Halbleiterwaferzum Zeitpunkt des Ablegens der Halbleiterterwafer auf die betreffenden Auflageflächen angestrebt,um beispielsweise eine vorangehende Abkühlzeit zu ermitteln, innerhalbderer die Halbleiterwafer unter eine kritische Temperatur abkühlen können, sodass sich temperaturbedingte Beschädigungen der Auflageflächen vermeiden lassen.Auch könnenProzessprobleme in den Fertigungsanlagen, welche überhöhte Temperaturender Halbleiterwafer hervorrufen, erfasst werden.
• ZurBestimmung der Temperatur der Halbleiterwafer werden Temperaturerfassungselementewie beispielsweise Thermoelemente eingesetzt, welche auf den zumTeil schwer zugänglichenAuflageflächenangeordnet sind. Beispielsweise ist aus derUS 5 567 909 eine Aufnahmevorrichtungfür einenHalbleiterwafer bekannt, bei welcher ein Thermoelement auf einerzum Lagern des Halbleiterwafers ausgebildeten Auflagefläche angeordnetist.
• VonNachteil ist jedoch, dass die Temperatur zum Zeitpunkt des Ablegenseines Halbleiterwafers auf eine Auflagefläche, also die Temperatur zumZeitpunkt eines erstmaligen thermischen Kontakts des Halbleiterwafersmit einem Thermoelement nicht direkt bestimmt werden kann, da nurdie Eigentemperatur des Thermoelements gemessen wird, welche zudiesem Zeitpunkt bei Umgebungstemperatur unterhalb der Temperaturdes Halbleiterwafers liegt. Erst nach einer Zeitdauer ab dem Zeitpunktdes thermischen Kontakts, innerhalb derer sich das Thermoelementaufheizt und das Thermoelement und der Halbleiterwafer annähernd gleicheTemperaturen aufweisen, also ab dem Zeitpunkt eines thermischen Gleichgewichtsvon Thermoelement und Halbleiterwafer lässt sich die Temperatur desHalbleiterwafers mit dem Thermoelement direkt bestimmen. In dieser Zeitdauerkühlt sichder Halbleiterwafer jedoch bereits ab, so dass die verstricheneZeitdauer zu einem Messfehler führt,welcher der Differenz zwischen der Temperatur des Halbleiterwafersam Zeitpunkt des thermischen Kontakts und am Zeitpunkt des thermischenGleichgewichts entspricht.
• Einsolcher Messfehler tritt selbst bei optimalen Bedingungen, d.h.bei einer relativ großenthermischen Kapazitätdes Halbleiterwafers gegenüber demThermoelement und bei einem guten thermischen Kontakt zwischen Halbleiterwaferund Thermoelement auf, da immer eine gewisse Zeitdauer verstreichtbis sich das Thermoelement mit dem Halbleiterwafer in einem thermischenGleichgewicht befindet.
• DieserMessfehler kann zwar verkleinert werden, indem man einen Temperaturwertnach einer festgelegten Zeitdauer von beispielsweise einer Sekundenach dem thermischen Kontakt des Halbleiterwafers mit dem Thermoelementmisst und anschließendeinen empirisch ermittelten Korrekturwert zu diesem Temperaturwertaddiert, um die Temperatur am Zeitpunkt des thermischen Kontaktsvon Halbleiterwafer und Thermoelement zu erhalten. Das Problem bestehthierbei jedoch darin, dass unterschiedliche thermische Kopplungenzwischen Halbleiterwafer und Thermoelement zu unterschiedlichenKorrekturwerten führen,es in der Regel aber an Zeit fehlt, bei jeder Messung die thermischeKopplung zu überprüfen, umannäherndkonstante Messbedingungen zu ermöglichenund damit konstante Korrekturwerte einzusetzen. Problematisch istweiterhin, die festgelegte Zeitdauer genau einzuhalten, so dasssich wiederum Messungenauigkeiten ergeben können.
• AusderUS 5 539 855 istein Verfahren bzw. eine Messvorrichtung zum Beurteilen der Güte des thermischenKontakts zwischen einem Halbleiterwafer und einem Temperaturerfassungselementbekannt.
• Fernerist aus derEP 1 241459 A1 ein Verfahren zum zeitlich versetzten Bestimmender Temperatur eines Halbleiterwafers basierend auf einer Messungder von dem Halbleiterwafer emittierten Wärmestrahlung bekannt.
• DieAufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertesVerfahren bereitzustellen, mit dessen Hilfe die Temperatur einesHalbleiterwafers am Zeitpunkt eines thermischen Kontakts des Halbleiterwafersmit einem Temperaturerfassungselement mit einer hohen Genauigkeitbestimmt werden kann.
• DieseAufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Weiterevorteilhafte Ausführungsformensind in den abhängigenAnsprüchenangegeben.
• Erfindungsgemäß wird einVerfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers amZeitpunkt eines thermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit einemTemperaturerfassungselement vorgeschlagen, bei welchem in einemersten Verfahrensschritt ein Temperaturverlauf des Temperaturerfassungselementsvom Zeitpunkt des thermischen Kontakts des Halbleiterwafers mitdem Temperaturerfassungselement bis zum Zeitpunkt eines thermischenGleichgewichts zwischen dem Halbleiterwafer und dem Temperaturerfassungselement aufgenommen.Anschließendwird in einem zweiten Verfahrensschritt die Temperatur des Halbleiterwaferszum Zeitpunkt des thermischen Kontakts des Halbleiterwafers mitdem Temperaturerfassungselement auf der Grundlage einer Zeitdauerzwischen dem Zeitpunkt des thermischen Kontakts und dem Zeitpunktdes thermischen Gleichgewichts von Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselementund der zum Zeitpunkt des thermischen Gleichgewichts von Halbleiterwaferund Temperaturerfassungselement erreichten Temperatur des Halbleiterwafers durchRückrechnungmit Hilfe einer aus dem Newtonschen Abkühlungsgesetz abgeleiteten Gleichungbestimmt. Sofern die in diese Gleichung eingehenden Parameter bekanntsind, ermöglichtdieses Verfahren das Bestimmen der Temperatur des Halbleiterwafers zumZeitpunkt des thermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit demTemperaturerfassungselement mit einer hohen Genauigkeit.
• Vorzugsweisewird der Zeitpunkt des thermischen Gleichgewichts zwischen Halbleiterwaferund Temperaturerfassungselement anhand eines Nullpunkts der zeitlichenAbleitung des aufgenommenen Temperaturverlaufs des Temperaturerfassungselementsbestimmt. Dieser Nullpunkt entspricht dem Zeitpunkt des erstmaligenthermischen Gleichgewichts zwischen dem Halbleiterwafer und demTemperaturerfassungselement, da der Temperaturverlauf des Temperaturerfassungselementsgekennzeichnet ist durch einen Anstieg ab dem Zeitpunkt des thermischenKontakts, durch ein Durchlaufen eines Maximums im Zeitpunkt deserstmaligen thermischen Gleichgewichts und durch einen anschließenden Abstiegim thermischen Gleichgewicht entsprechend der Temperatur des Halbleiterwafers.Hierdurch lassen sich einerseits kurze Messzeiten erreichen, andererseitswird das Verfahren vereinfacht, da eine derartige Bestimmung desthermischen Gleichgewichts selbstständig bzw. automatisch von entsprechendenMessgerätenoder Auswerteeinrichtungen durchgeführt werden kann.
• Umdas erfindungsgemäße Verfahrenweiter zu automatisieren, wird der Zeitpunkt des thermischen Kontaktsvon Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselement vorzugsweisemit einem Zeitpunkt eines Temperaturanstiegs im Temperaturverlaufdes Temperaturerfassungselements gleichgesetzt. Hierdurch kann dasAufnehmen des Temperaturverlaufs durch das Temperaturerfassungselement über einAnsteigen der Temperatur des Temperaturerfassungselements ausgelöst werden,was sich sehr einfach beispielsweise mit Hilfe eines auf Temperaturveränderungensensitiven Auslöseelements realisierenlässt.
• Eswird weiter eine Temperaturbestimmungsvorrichtung für eine Aufnahmevorrichtungzum Aufnehmen eines Halbleiterwafers vorgeschlagen, welche ein Temperaturerfassungselementund eine Auswerteeinrichtung aufweist, wobei das Temperaturerfassungselementausgelegt ist, einen Temperaturverlauf vom Zeitpunkt eines thermischenKontakts des Halbleiterwafers mit dem Temperaturerfassungselementbis zum Zeitpunkt eines thermischen Gleichgewichts zwischen demHalbleiterwafer und dem Temperaturerfassungselement aufzunehmenund wobei die Auswerteeinrichtung ausgelegt ist, die Temperaturdes Halbleiterwafers zum Zeitpunkt des thermischen Kontakts desHalbleiterwafers mit dem Temperaturerfassungselement auf der Grundlageeiner Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt des thermischen Kontaktsund dem Zeitpunkt des thermischen Gleichgewichts von Halbleiterwaferund Temperaturerfassungselement und der zum Zeitpunkt des thermischenGleichgewichts von Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselementerreichten Temperatur des Halbleiterwafers durch Rückrechnungmit Hilfe einer aus dem Newtonschen Abkühlungsgesetz abgeleiteten Gleichungzu bestimmen. Mit Hilfe dieser Temperaturbestimmungsvorrichtungfür eineAufnahmevorrichtung zum Aufnehmen eines Halbleiterwafers lässt sichdie Temperatur des Halbleiterwafers am Zeitpunkt des thermischenKontakts des Halbleiterwafers mit dem Temperaturerfassungselementmit einer hohen Genauigkeit bestimmen.
• DieTemperaturbestimmungsvorrichtung kann ein Auslöseelement aufweisen, welchesdas Aufnehmen des Temperaturverlaufs durch das Temperaturerfassungselementauslöst,sobald die Temperatur des Temperaturerfassungselements ansteigt. Einederartige Temperaturbestimmungsvorrichtung vermittelt ein hohesMaß anBedienkomfort.
• Weiterhinwird eine Aufnahmevorrichtung für einenHalbleiterwafer mit einer solchen Temperaturbestimmungsvorrichtungvorgeschlagen, deren Temperaturerfassungselement auf einer zum Lagerndes Halbleiterwafers ausgebildeten Auflagefläche der Aufnahmevorrichtungangeordnet ist. Durch die Anordnung des Temperaturerfassungselementsauf der Auflageflächeergibt sich eine gute thermische Kopplung zwischen dem Halbleiterwaferund dem Temperaturerfassungselement, wodurch die Genauigkeit desBestimmens der Temperatur des Halbleiterwafers zum Zeitpunkt desthermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit dem Temperaturerfassungselementbegünstigtwird.
• DieErfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
• 1 ein Ablaufdiagramm einerersten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrens zumBestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers am Zeitpunkt einesthermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit einem Temperaturerfassungselement,
• 2 ein Diagramm der Temperaturverläufe desHalbleiterwafers währendder Abkühlungund des Temperaturerfassungselements,
• 3 ein Ablaufdiagramm einerzweiten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen der Temperatur eines Halbleiterwafers am Zeitpunkteines thermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit einem Temperaturerfassungselement,
• 4 ein weiteres Diagrammder Temperaturverläufedes Halbleiterwafers währendder Abkühlungund des Temperaturerfassungselements, und
• 5 und6 eine schematische Darstellung einesTransportbehältersmit einer Temperaturbestimmungsvorrichtung, in welchen ein Halbleiterwaferabgelegt wird.
• 1 zeigt ein Ablaufdiagrammeiner ersten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen der Temperatur T₀ eines Halbleiterwafersam Zeitpunkt t₀ eines thermischen Kontaktsdes Halbleiterwafers mit einem Temperaturerfassungselement, wobeidie Temperatur T₀ des Halbleiterwafers zudiesem Zeitpunkt t₀ über der Temperatur des Temperaturerfassungselementsliegt, welches eine Umgebungstemperatur T_U aufweist.
• Hierzuwird in einem ersten Verfahrensschritt21 ein Temperaturverlaufdes Temperaturerfassungselements vom Zeitpunkt t₀ desthermischen Kontakts des Halbleiterwafers mit dem Temperaturerfassungselementbis zum Zeitpunkt t_G eines thermischen Gleichgewichtszwischen dem Halbleiterwafer und dem Temperaturerfassungselementaufgenommen.
• Anschließend wirdin einem zweiten Verfahrensschritt22 die Temperatur T₀ des Halbleiterwafers zum Zeitpunkt t₀ des ther mischen Kontakts des Halbleiterwafersmit dem Temperaturerfassungselement auf der Grundlage einer Zeitdauer Δt zwischendem Zeitpunkt t₀ des thermischen Kontaktsund dem Zeitpunkt t_G des thermischen Gleichgewichtsvon Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselement und der TemperaturT_G zum Zeitpunkt t_G desthermischen Gleichgewichts durch Rückrechnung mithilfe der aus demNewtonschen Abkühlungsgesetzabgeleiteten Gleichung T₀ = T_G·e^kΔt +T_U·(1 – e^kΔt) bestimmt.
• Indiese Gleichung gehen neben den Temperaturen T_G undT_U und der Zeitdauer Δt = t_G – t₀ eine Zeitkonstante k des Abkühlungsvorgangsdes Halbleiterwafers ein. Die Zeitkonstante k, welche über die Gleichungk = (α·A)/(c·m) abhängig istvon dem Wärmeübergangskoeffizienten α des Halbleiterwafersin ruhender Luft, dem FlächeninhaltA der gesamten Oberflächedes Halbleiterwafers, der spezifischen Wärmekapazität c und der Masse m des Halbleiterwaferswird hierbei mittels gemessener und/oder berechneter Werte dieserParameter α,A, c und m festgelegt.
• ZurVeranschaulichung dieses Verfahrens zeigt2 ein Diagramm der Temperaturverläufe desHalbleiterwafers währendder Abkühlungund des Temperaturerfassungselements. Der Temperaturverlauf6 desHalbleiterwafers ist dabei durch die durchgezeichnete Linie undder Temperaturverlauf7 des Temperaturerfassungselementsdurch die strichpunktierte Linie dargestellt.
• DerHalbleiterwafer, welcher sich zu Beginn beispielsweise in einerProzessanlage befindet, weist zuerst eine hohe ProzesstemperaturT_Pr auf. Ab einem Zeitpunkt t_PrEnd,welcher das Entnehmen des Halbleiterwafers aus der Prozessanlagemarkiert, kühltder Halbleiterwafer entsprechend dem Newtonschen Abkühlungsgesetzkontinuierlich auf die Temperatur T_U derUmgebung ab. Es resultiert folglich ab diesem Zeitpunkt t_PrEnd ein exponentieller Abfall mit der Zeitkonstantek im Temperaturverlauf6 des Halbleiterwafers.
• DerTemperaturverlauf7 des Temperaturerfassungselements weistzu Beginn den konstanten Wert der Umgebungstemperatur T_U auf.Ab dem Zeitpunkt t₀, bei welchem das Temperaturerfassungselementden Halbleiterwafer thermisch kontaktiert, erwärmt sich das Temperaturerfassungselement,bis zum Zeitpunkt t_G der Halbleiterwaferund das Temperaturerfassungselement gleiche Temperaturen aufweisen.Dieser Zeitpunkt t_G markiert somit den Zeitpunkteines erstmaligen thermischen Gleichgewichts zwischen dem Halbleiterwaferund dem Temperaturerfassungselement.
• Dasich ab dem Zeitpunkt t_G der Halbleiterwaferund das Temperaturerfassungselement im thermischen Gleichgewichtbefinden, kühltdas Temperaturerfassungselement entsprechend dem Temperaturverlauf6 desHalbleiterwafers wieder kontinuierlich auf die UmgebungstemperaturT_U ab, d.h. ab diesem Zeitpunkt t_G stimmt der Temperaturverlauf7 desTemperaturerfassungselements mit dem Temperaturverlauf6 desHalbleiterwafers überein.
• Wieanhand von2 zu erkennenist, hat sich der Halbleiterwafer in der Zeitdauer Δt zwischen demZeitpunkt t₀ des thermischen Kontakts unddem Zeitpunkt t₀ des thermischen Gleichgewichtsvon der Temperatur T₀ um den Temperaturunterschied ΔT auf dieTemperatur T_G abgekühlt.
• Nimmtman den Temperaturverlauf7 des Temperaturerfassungselementsvom Zeitpunkt t₀ des thermischen Kontaktsbis zum Zeitpunkt t_G des erstmaligen thermischenGleichgewichts zwischen Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselementauf, bestimmt die Temperatur T_G am Zeitpunktt_G und die Zeitdauer Δt zwischen den Zeitpunkten t₀ und t_G, so lässt sichentsprechend dem in1 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrenauf die Temperatur T₀ zum Zeitpunkt t₀ des thermischen Kontakts zurückrechnen.
• Einewichtige Voraussetzung hierbei besteht darin, dass Randbedingungenwie die Luftbewegung, die Oberflächeneigenschaftendes Halbleiterwafers usw., welche die die Zeitkonstante k des Abkühlungsvorgangsbestimmenden Parameter α,A, c und m und damit die Zeitkonstante k beeinflussen, sowie die UmgebungstemperaturT_U währendder Aufnahmezeit bzw. der Zeitdauer Δt konstant sind, um die TemperaturT₀ des Halbleiterwafers am Zeitpunkt t₀ des thermischen Kontakts des Halbleiterwafersmit dem Temperaturerfassungselement mit einer hohen Genauigkeitzu bestimmen.
• Aufgrundder Tatsache, dass der Temperaturverlauf7 des Temperaturerfassungselementsein Maximum am Zeitpunkt t_G des thermischenGleichgewichts aufweist, lässtsich dieser Zeitpunkt t_G sowie die zugehörige TemperaturT_G anhand einer Nullpunktsermittelung derzeitlichen Ableitung des Temperaturverlaufs bestimmen. Dies kannselbstständig bzw.automatisch von entsprechenden Messgeräten oder Auswerteeinrichtungendurchgeführtwerden, wodurch sich das Verfahren einfach gestaltet. Gleichzeitigwerden auch kurze Messzeiten erreicht, da der Zeitpunkt t_G wie oben erläutert den Zeitpunkt des erstmaligenthermischen Gleichgewichts markiert.
• Dasich das Temperaturerfassungselement ab dem Zeitpunkt t₀ erwärmt, kanndas erfindungsgemäße Verfahrenweiter automatisiert werden, indem das im ersten Verfahrensschritt21 durchgeführte Aufnehmendes Temperaturverlaufs7 des Temperaturerfassungselements über dasAnsteigen der Temperatur des Temperaturerfassungselements ausgelöst wird.Dies lässtsich sehr einfach mithilfe eines auf Temperaturveränderungensensitiven Auslöseelementsverwirklichen.
• Derfür dieRückrechnungauf die Temperatur T₀ des Halbleiterwafersam Zeitpunkt t₀ des thermischen KontaktsbenötigteWert der Zeitkonstante k wird bei dem in1 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrenmithilfe von gemessenen und/oder berechneten Werten der die Zeitkonstantek bestimmenden Parameter α,A, c und m festgelegt.
• Soferndiese Parameter α,A, c und m nicht bekannt sind bzw. nicht gemessen werden können oderdies einen zu großenAufwand erfordern würde, gibtes andere Möglichkeiten,den Wert der Zeitkonstante k zu bestimmen. Hierzu zeigt3 ein Ablaufdiagramm einerzweiten Ausführungsformeines erfindungsgemäßen Verfahrenszum Bestimmen der Temperatur T₀ eines Halbleiterwafersam Zeitpunkt t₀ eines thermischen Kontaktsdes Halbleiterwafers mit einem Temperaturerfassungselement.
• ImUnterschied zu der in1 dargestellten Ausführungsformwird bei dem in3 dargestellten erfindungsgemäßen Verfahrenin einem zweiten Verfahrensschritt220 die Zeitkonstantek aus einem ersten Temperaturwert T₁ undeinem zweiten Temperaturwert T₂ berechnet,welche zu einem ersten Zeitpunkt t₁ undeinem zweiten Zeitpunkt t₂ ab dem Zeitpunktt_G des thermischen Gleichgewichts zwischen Halbleiterwaferund Temperaturerfassungselement aufgenommen werden.
• Anhandder folgenden4, welcheein weiteres Diagramm der Temperaturverläufe des Halbleiterwafers während derAbkühlungund des Temperaturerfassungselements ab dem Zeitpunkt t₀ desthermischen Kontakts zeigt, wird dieses Verfahren veranschaulicht.
• DerTemperaturverlauf6 des Halbleiterwafers ist wiederum gekennzeichnetdurch ein exponentiell abfallendes Verhalten. Die Temperatur7 des Temperaturerfassungselementssteigt ab dem Zeitpunkt t₀ des thermischenKontakts bis zum Zeitpunkt t_G des thermischenGleichgewichts zwischen Halbleiterwafer und Temperaturerfassungselementan und folgt dann ab diesem Zeitpunkt t_G demTemperaturverlauf6 des Halbleiterwafers.
• DieZeitkonstante k kann aus den in4 eingezeichnetenTemperaturwerten T₁ und T₂ zuden jeweiligen Zeitpunkten t₁ und t₂ und der Umgebungstemperatur T_U über dieGleichung k = –(ln((T₂ – T_U)/(T₁ – T_U))/(t₂ – t₁)), welche aus dem Newtonschen Abkühlungsgesetzabgeleitet werden kann, berechnet werden, so dass über dieursprünglicheGleichung T₀ = T_G·e^kΔt + T_U·(1 – e^kΔt)wieder auf die Temperatur T₀ am Zeitpunktt₀ des thermischen Kontakts von Halbleiterwaferund Temperaturerfassungselement zurückgerechnet werden kann.
• Alternativkann das Zurückrechnenauf die Temperatur T₀ des Halbleiterwafersam Zeitpunkt t₀ des thermischen Kontaktsdadurch erfolgen, dass in der Gleichung T₀ =T_G·e^kΔt + T_U·(1 – e^kΔt) anstelle der Temperatur T_G zumZeitpunkt t_G des erstmaligen thermischenGleichgewichts eine beliebige Temperatur T_G' ab dem Zeitpunktt_G aus dem aufgenommenen Temperaturverlauf7 desTemperaturerfassungselements eingesetzt wird, also eine beliebigeTemperatur T_G', bei welcher sich der Halbleiterwaferund das Temperaturerfassungselement im thermischen Gleichgewichtbefinden. Entsprechend müsstedie Berechnung auf der Grundlage einer Zeitdauer Δt' zwischen dem Zeitpunktt₀ des erstmaligen thermischen Kontaktsund dem dieser Temperatur T_G' zugehörigen Zeitpunktt_G' durchgeführt werden.
• Hierbeikann es von Vorteil sein, als Temperatur T_G' und als entsprechendenZeitpunkt t_G' die Temperatur T₁ undden Zeitpunkt t₁ oder die Temperatur T₂ und den Zeitpunkt t₂ einzusetzen,um die Zahl der fürdie Berechnung verwendeten Parameter zu reduzieren.
• Eineweitere günstigeAlternative besteht darin, den ersten Zeitpunkt t₁ aufden Zeitpunkt t_G des erstmaligen thermischenGleichgewichts und entsprechend die erste Temperatur T₁ aufdie Temperatur T_G des Halbleiterwafers festzulegen,so dass die Temperatur T₀ über dieGleichung T₀ = T₁·e^kΔt + T_U·(1 – e^kΔt)mit der Zeitdauer Δt= t₁ – t₀ berechnet werden kann, wodurch wiederumeine Reduzierung der Anzahl der verwendeten Parameter erzielt wird.
• Die5 und6 zeigen eine schematische Darstellungeines Transportbehälters4 zurAufnahme mehrerer Halbleiterwafer, in welchen ein aus einer Prozessanlageentnommener Halbleiterwafer2 mit Hilfe eines Halters3 abgelegtwird. Der Transportbehälter4 istmit mehreren Auflageflächen5 undeiner Temperaturbestimmungsvorrichtung1 versehen, welcheausgelegt ist, die Temperatur des Halbleiterwafers2 zumZeitpunkt des Ablegens in dem Transportbehälter4 zu bestimmen.
• DieTemperaturbestimmungsvorrichtung1 weist hierzu zwei alsThermoelemente10 ausgebildete Temperaturerfassungselementeauf, welche auf zwei einander gegenüberliegenden Auflageflächen5 desTransportbehälters4 angeordnetsind. Die Thermoelemente10, bei welchen eine Temperaturerfassung über denthermoelektrischen Seebeck-Effekt erfolgt, zeichnen sich durch einenniedrigen Preis aus und könnenauch an schwer zugänglichenStellen innerhalb des Transportbehälters4 angeordnetwerden.
• DieTemperaturbestimmungsvorrichtung1 weist weiter eine Auswerteeinrichtung12 auf,welche überZuleitungen11 mit den Thermoelementen10 elektrischverbunden ist. Die Auswerteeinheit12 ist ausgelegt, dieTemperatur T₀ des Halbleiterwafers2 amZeitpunkt t₀ des thermischen Kontakts desHalbleiterwafers2 mit den Thermoelementen10 entsprechendeinem der oben erläutertenVerfahren zu bestimmen.
• DieAuswerteeinrichtung12 ist ferner mit einem auf Temperaturveränderungensensitiven Auslöseelement13 versehen,welches das Aufnehmen des Temperaturverlaufs durch die Thermoelemente10 auslöst, sobalddie Temperatur der Thermoelemente10 ansteigt. Dies istdann der Fall, wenn der aus der Pro zessanlage entnommene Wafer2 aufdie mit den Thermoelementen10 versehenen Auflageflächen5 wiein6 dargestellt abgelegtwird.
• Abdiesem Zeitpunkt, dem Zeitpunkt t₀ des thermischenKontakts des Halbleiterwafers2 mit den Thermoelementen10 wirdentsprechend einem der oben erläutertenVerfahren ein Temperaturverlauf durch die Thermoselemente10 aufgenommenund überdie Auswerteeinheit12 die Temperatur T₀ des Halbleiterwafers2 zumZeitpunkt t₀ des thermischen Kontakts desHalbleiterwafers2 mit den Thermoelementen10 bestimmt.
• DieTemperaturbestimmungsvorrichtung1 weist weiter ein Anzeigeelement14 auf,welches ausgelegt ist, die überTemperaturbestimmungsvorrichtung1 bestimmte TemperaturT₀ des Halbleiterwafers2 zum Zeitpunktt₀ des thermischen Kontakts zwischen demHalbleiterwafer2 und den Thermoelementen10 anzuzeigen,wodurch ein hoher Bedienkomfort erzielt wird. Auf dem Anzeigeelement14 können nochweitere Informationen wie etwa die aktuelle Temperatur der Thermoelemente10 oderder Temperaturverlauf der Thermoelemente10 angezeigt werden.
• Diein den5 und6 dargestellte Auswerteeinrichtung12 kannentweder als integrierter Bestandteil des Transportbehälters4 oderauch als externes Gerätrealisiert sein, welches an den Transportbehälter4 angeschlossenwird. Ferner kann das Auslöseelement13 unabhängig vonder Auswerteeinrichtung12 als eigenständiges Gerät verwirklicht sein.
• Weiterhinist es möglich,die Auswerteeinrichtung12 als Computerprogramm eines Auswertecomputersauszubilden, welcher an den Transportbehälter4 angeschlossenwird. Im letztgenannten Beispiel besteht dann die Möglichkeit,die Temperaturbestimmung „online" während derTemperaturerfassung durch die Thermoelemente10 oder auchnachträglich „offline" durchzuführen.
• Diedargestellte Temperaturbestimmungsvorrichtung1 ist fernernicht beschränktauf den Einsatz zur Bestimmung der Temperatur eines Halbleiterwafersbeim Ablegen in einen Transportbehälter. Diese Temperaturbestimmungsvorrichtung1 kannalternativ auch an anderen Stellen wie etwa Kühlkammern eingesetzt werden,an denen die Temperatur eines Halbleiterwafers beim Ablegen bestimmtwerden soll.

1

Temperaturbestimmungsvorrichtung

10

Thermoelement

11

Zuleitung

12

Auswerteeinrichtung

13

Auslöseelement

14

Anzeigeelement

2

Halbleiterwafer

3

Halter

4

Transportbehälter

5

Auflagefläche

6

Temperaturverlaufdes Halbleiterwafers

7

Temperaturverlaufdes

Temperaturerfassungselements

21,22, 220

Verfahrensschritt

t

Zeit

Δt

Zeitdauer

t₀

Zeitpunktdes thermischen Kontaktes

t₁

ErsterZeitpunkt

t₂

ZweiterZeitpunkt

t_G

Zeitpunktdes thermischen Gleichgewichtes

t_PrEnd

Zeitpunktdes Prozessendes

T

Temperatur

ΔT

Temperaturunterschied

T₀

Temperaturbei t₀

T₁

ErsterTemperaturwert

T₂

ZweiterTemperaturwert

T_G

Temperaturbei t_G

T_Pr

Prozesstemperatur

T_U

Umgebungstemperatur

k

Zeitkonstante

α

Wärmeübergangskoeffizient

A

Flächeninhalt

c

SpezifischeWärmekapazität

m

Masse

Claims (6)

1. Verfahren zum Bestimmen der Temperatur (T₀) eines Halbleiterwafers (2) amZeitpunkt (t₀) eines thermischen Kontaktsdes Halbleiterwafers (2) mit einem Temperaturerfassungselement(10) mit den Verfahrensschritten: a) Aufnehmen einesTemperaturverlaufs (7) des Temperaturerfassungselements(10) vom Zeitpunkt (t₀) des thermischenKontakts des Halbleiterwafers (2) mit dem Temperaturerfassungselement(10) bis zum Zeitpunkt (t_G) einesthermischen Gleichgewichts zwischen dem Halbleiterwafer (2)und dem Temperaturerfassungselement (10); und b) Bestimmender Temperatur (T₀) des Halbleiterwafers(2) zum Zeitpunkt (t₀) des thermischenKontakts des Halbleiterwafers (2) mit dem Temperaturerfassungselement(10) auf der Grundlage einer Zeitdauer (Δt) zwischendem Zeitpunkt (t₀) des thermischen Kontaktsund dem Zeitpunkt (t_G) des thermischen Gleichgewichtsvon Halbleiterwafer (2) und Temperaturerfassungselement(10) und der zum Zeitpunkt (t_G) desthermischen Gleichgewichts von Halbleiterwafer (2) undTemperaturerfassungselement (10) erreichten Temperatur(T_G) des Halbleiterwafers (2) mitHilfe der Gleichung T₀ = T_G·e^kΔt +T_U·(1 – e^kΔt),wobei T_U eine Umgebungstemperatur und keine Zeitkonstante sind, wobei die Zeitkonstante k über dieGleichung k = (α·A)/(c·m) bestimmtwird, wobei α demWärmeübergangskoeffizientendes Halbleiterwafers (2) in ruhender Luft, A dem Flächeninhaltder gesamten Oberflächedes Halbleiterwafers (2), c der spezifischen Wärmekapazität und mder Masse des Halbleiterwafers (2) entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zeitpunkt (t_G) des thermischen Gleichgewichts zwischen Halbleiterwafer(2) und Temperaturerfassungselement (10) anhandeines Nullpunkts der zeitlichen Ableitung des aufgenommenen Temperaturverlaufs(7) des Temperaturerfassungselements (10) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeider Zeitpunkt (t₀) des thermischen Kontaktsvon Halbleiterwafer (2) und Temperaturerfassungselement(10) mit einem Zeitpunkt eines Temperaturanstiegs im Temperaturverlauf(7) des Temperaturerfassungselements (10) gleichgesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobeidie Zeitkonstante (k) auf der Grundlage von gemessenen und/oderberechneten Werten der die Zeitkonstante (k) bestimmenden Parameter(α, A, c,m) festgelegt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zeitkonstante(k) aus einem ersten Temperaturwert (T₁)und einem zweiten Temperaturwert (T₂) desTemperaturerfassungselements (10) berechnet wird, welchezu einem ersten Zeitpunkt (t₁) und einem zweitenZeitpunkt (t₂) ab dem Zeitpunkt (t_G) des thermischen Gleichgewichts zwischenHalbleiterwafer (2) und Temperaturerfassungselement (10)aufgenommen werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Zeitpunkt(t₁) auf den Zeitpunkt (t_G)des thermischen Gleichgewichts und die erste Temperatur (T₁) auf die Temperatur (T_G)des Halbleiterwafers beim thermischen Gleichgewicht zwischen Halbleiterwafer(2) und Temperaturerfassungselement (10) festgelegt werden.