一种晶圆传送机械臂的制作方法

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种晶圆传送机械臂。


背景技术：

2.化学气相沉积工艺是半导体器件制造过程中常用的薄膜制造工艺。采用化学气相沉积工艺制造膜层时，工艺腔室内的工艺温度较高(一般大于100℃)。待膜层形成后，需要将中温或高温的晶圆转运至真空交换舱内进行冷却，以便于进行后续操作。
3.但是，用于承载并转运晶圆的晶圆传送机械臂的温度较低(一般为室温)。晶圆与晶圆传送机械臂之间存在较大的温差，使得晶圆内部产生应力，从而易导致晶圆出现翘曲，影响晶圆的品质。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种晶圆传送机械臂，用于减小晶圆的温度变化速率，抑制晶圆内部产生应力，提升晶圆的品质。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种晶圆传送机械臂，该晶圆传送机械臂包括：
6.前臂，前臂具有承载部，承载部用于承载晶圆；
7.以及热电组件，热电组件设置在前臂所具有的承载部上，热电组件用于减小晶圆的温度变化速率。
8.与现有技术相比，本发明提供的晶圆传送机械臂中，在用于承载晶圆的承载部表面设置有热电组件。并且，热电组件可以减小晶圆的温度变化速率。也就是说，热电组件的存在，可以使得膜层形成后的晶圆的自身温度缓慢下降，从而不会因晶圆与承载部的温差较大，而出现晶圆温度迅速降低的现象，可以抑制晶圆内部产生应力，提升晶圆的品质。
附图说明
9.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
10.图1为本发明实施例提供的前臂和珀尔贴元件结构侧视图；
11.图2为本发明实施例提供的前臂和珀尔贴元件结构俯视图；
12.图3为本发明实施例提供的承载部处于加热状态时，珀尔贴元件结构示意图；
13.图3a为本发明实施例提供的承载部处于冷却状态时，珀尔贴元件结构示意图。
14.附图标记：
15.1为前臂，11为承载部，12为前挡部，13为后挡部，14为连接部，2为珀尔贴元件，21为发热部，22为冷却部，23为n型材料部，24为p型材料部。
具体实施方式
16.以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性
的，而并非要限制本公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
17.在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
18.在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
19.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.化学气相沉积工艺是半导体器件制造过程中常用的薄膜制造工艺。具体的，化学气相沉积工艺是在中温或高温的条件下，通过气态的初始化合物之间的化学反应在晶圆上形成固体物质，从而实现膜层的制造。由上述内容可知，采用化学气相沉积工艺制造膜层时，工艺腔室内的工艺温度较高(一般大于100℃)。待膜层形成后，需要将中温或高温的晶圆转运至真空交换舱内进行冷却，以便于进行后续操作。
22.但是，在晶圆未送入工艺腔室前，晶圆的温度较低(一般为室温)，而工艺腔室内的温度较高。温度较低的晶圆送入温度较高的工艺腔室内后，因晶圆与工艺腔室内的温差较大，使得晶圆的温度迅速上升，从而容易在晶圆的内部产生应力。此外，当晶圆上的膜层形成后，晶圆传送机械臂承托温度较高的晶圆，并将其转移至真空交换舱内进行冷却。因晶圆传送机械臂的自身温度较低(一般为室温)，晶圆与晶圆传送机械臂之间存在较大的温差，使得晶圆的温度迅速下降，从而容易在晶圆内部产生应力。内部具有应力的晶圆在后续半导体制造过程中，极易出现翘曲现象，使得晶圆品质变差的同时还会影响半导体制造工艺的进行。
23.再者，晶圆传送机械臂进入到上述腔室内，去承载晶圆的过程中，晶圆传送机械臂的承载部上可能会沉积有一定厚度的膜层。因晶圆传送机械臂的温度与腔室内的温度相差较大，在承载部上形成的膜层也会存在应力。在此基础上，需要冷却的晶圆承放在承载部上后，承载部上具有应力的膜层极易附着在晶圆的背面，从而影响晶圆的品质。
24.为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种晶圆传送机械臂。其中，本发明实施例的提供晶圆传送机械臂中在承载部上设置有热电组件。热电组件可以减小晶圆的温度变化速率，抑制晶圆内部产生应力，从而提升晶圆品质。
25.本发明实施例提供了一种晶圆传送机械臂。该晶圆传送机械臂可以在半导体器件的制造过程中承载或传送晶圆。
26.参见图1和图2，该晶圆传送机械臂包括：前臂1和热电组件(图中未示出)。
27.上述前臂1具有承载部11。承载部11用于承载晶圆。承载部11可以为陶瓷承载部或金属承载部。当然，承载部11还可以由其他满足工作要求的材料制造形成。前臂1的具体结构可以根据实际应用场景设置，只要能够用于承载晶圆即可。
28.示例性的，参见图1和图2，上述前臂1可以至少包括承载部11、前挡部12、后挡部13和连接部14。承载部11可以为矩形承载部。沿着承载部11的长度延伸方向，前挡部12位于承载部11的一端，后挡部13位于承载部11的另一端。前挡部12和后挡部13相对设置。并且，为了防止晶圆在承载部11上滑动，前挡部12和后挡部13上均设置有与晶圆形状匹配的凹口结构。例如：前挡部12和后挡部13上均设置有与晶圆相匹配的弧形凹口结构。连接部14设置在后挡部13与前挡部12相背的一侧。连接部14用于连接晶圆传送机械臂所具有的连接结构。例如：连接部14与连接结构之间可以采用焊接等方式固定连接在一起。或者，连接部14与连接结构之间可以采用螺纹连接等方式可拆卸地连接在一起。
29.参见图1和图2，上述热电组件设置在前臂1所具有的承载部11上。热电组件用于减小晶圆的温度变化速率。
30.具体来说，上述承载部11承载的晶圆可以具有预热状态和冷却状态。当晶圆被承放在承载部11上，且在将晶圆送入到工艺腔室前，晶圆处于预热状态。在晶圆处于预热状态时，热电组件可以用于减小晶圆的升温速率。当晶圆上的膜层形成后，并在对晶圆进行后续操作前，晶圆处于冷却状态。在晶圆处于冷却状态时，热电组件可以用于减小晶圆的冷却速率。由上述内容可知，因热电组件的存在，温度较低的晶圆在进入到中温或高温的工艺腔室内之前可以被缓慢加热。并且，当晶圆上的膜层形成后，温度较高的晶圆可以在温度较低的承载部11上缓慢冷却，从而可以抑制晶圆内部产生应力，提升晶圆的品质。并且，形成在承载部11上温度较高的膜层也不会因承载部11的温度较低而产生应力，从而不会影响晶圆的品质。
31.其中，上述晶圆的温度变化速率、对晶圆进行预热后晶圆的温度、以及对晶圆进行冷却后晶圆的温度可以根据实际应用场景设置，只要能够抑制晶圆内部产生应力即可。
32.在一种可能的实现方式中，参见图2、图3和图3a，上述热电组件可以包括至少一个珀尔贴元件2。珀尔贴元件2具有发热部21、以及与发热部21相对的冷却部22。承载部11具有加热状态和冷却状态。其中，当晶圆处于冷却状态时，承载部11处于加热状态。当晶圆处于预热状态，或者在冷却完毕的晶圆由承载部11上取下后，并在承载部11为承载下一个待冷却的晶圆前，承载部11处于冷却状态。
33.参见图2和图3，在承载部11处于加热状态，与承载部11接触的珀尔贴元件2的一端为发热部21。与晶圆接触的珀尔贴元件2的另一端为冷却部22。
34.参见图2和图3a，在承载部11处于冷却状态，与承载部11接触的珀尔贴元件2的一端为冷却部22。与晶圆接触或暴露在工作环境中的珀尔贴元件2的另一端为发热部21。
35.具体的，通过前臂1对晶圆进行承载时，首先是晶圆的一部分接触前臂1所具有的承载部11。之后，因承载部11的表面较光滑，晶圆在重力的作用下通过滑入的方式，稳定地承放在承载部11上。基于此，为确保承载部11的表面较光滑，可以顺利地将晶圆承放在承载部11上，珀尔贴元件2可以通过镶嵌、粘接或者卡扣固定连接在承载部11上。并且，珀尔贴元件2的顶部与承载部11的承载面齐平。上述镶嵌方式可以包括卡装、插接等连接方式。当珀尔贴元件2通过粘接方式固定连接在承载部11上时，可以根据珀尔贴元件2的规格在承载部11上开设适当大小的凹槽，并将珀尔贴元件2粘接在凹槽内，以使得珀尔贴元件2的顶部与承载部11的承载面齐平。当珀尔贴元件2采用卡扣方式固定时，需要在承载部11上开设尺寸比珀尔贴元件2稍大的凹槽。在凹槽内珀尔贴元件2通过卡扣固定在承载部11上。
36.其中，承载部11上设置的珀尔贴元件2的数量可以根据实际应用场景设置，此处不做具体限定。示例性的，承载部11上设置的珀尔贴元件2的数量可以为1个～50个。当承载部11上仅设置有1个珀尔贴元件2时，此珀尔贴元件2几何中心可以与承载部11的几何中心重合。当承载部11上设置有多个珀尔贴元件2时，多个珀尔贴元件2可以均匀分布在承载部11上。此时，承载部11承载温度较高的晶圆时，均匀分布的多个珀尔贴元件2可以使得该晶圆各个区域的温度均匀变化。当然，一个或多个珀尔贴元件2在承载部11上的分布位置还可以根据实际情况设置。
37.参见图2、图3和图3a，上述珀尔贴元件2还可以包括n型材料部23和p型材料部24。同一珀尔贴元件2所包括的n型材料部23和p型材料部24通过上述发热部21或冷却部22连接。此外，当承载部11上设置有多个珀尔贴元件2，并且多个珀尔贴元件2串联在一起时，可以通过上述发热部21或冷却部22将多个珀尔贴元件2所包括的n型材料部23和p型材料部24依次交替连接在一起，从而实现多个珀尔贴元件2串联。
38.上述珀尔贴元件2的发热部21和冷却部22可以均由铝和/或不锈钢制造形成。当然，上述发热部21和冷却部22还可以由其他导热性和导电性良好的材料制造形成。上述n型材料部23和p型材料部24所含有的材料可以根据实际应用情况设置，此处不做具体限定。例如：n型材料部23所含有的材料可以为：掺杂有磷的硅。p型材料部24所含有的材料可以为：掺杂有硼的硅。
39.具体的，参见图2和图3，因p型材料的能级比n型材料的能级低，当珀尔贴元件2上通入正向直流电后，载流子由电源出发，在由p型材料部24经一传导部传导至n型材料部23的过程中，此传导部会吸收外界的热量。也就是说，此时，该传导部为冷却部22。之后，载流子由n型材料部23经另一传导部和电源传导至p型材料部24的过程中，此传导部会散发热量到外界。也就是说，此时，该传导部为发热部21。
40.参见图2和图3a，当珀尔贴元件2上通入反向直流电后，载流子由电源出发，在由n型材料部23经一传导部传导至p型材料部24的过程中，此传导部会散发热量到外界。也就是说，此时，该传导部为发热部21。之后，载流子由p型材料部24经另一传导部和电源传导至n型材料部23的过程中，此传导部会吸收外界的热量。也就是说，此时，该传导部为冷却部22。由上述内容可以看出，根据珀尔贴元件2上通入直流电方向的不同，珀尔贴元件2所包括的冷却部22和发热部21会发生转换。
41.在实际应用过程中，参见图2和图3a，将晶圆送入工艺腔室内之前，可以为珀尔贴元件2通入上述反向直流电。此时，承载部11处于冷却状态，珀尔贴元件2的冷却部22吸收承
载部11的热量，并由发热部21将热量散发到晶圆上，为晶圆加热，从而实现将承载部11具有的热量缓慢传递给晶圆，减小晶圆的升温速率。待晶圆的温度达到要求后将晶圆转移到工艺腔室内，进行膜层制造。
42.参见图2和图3，当晶圆上的膜层形成后，晶圆传送机械臂进入到工艺腔室内去承载温度较高的晶圆前，为承载部11上的珀尔贴元件2通入大小适当的正向直流电，珀尔贴元件2处于加热状态。承载部11承载晶圆后，珀尔贴元件2的冷却部22吸收晶圆的热量，并由发热部21将热量散发给承载部11，从而实现将晶圆具有的热量缓慢传递给承载部11，减小晶圆的冷却速率。待晶圆的温度下降到目标范围后，晶圆由承载部11上取下，进行下一操作。此时，承载部11因吸收晶圆的热量，使得自身的温度较高。当承载部11承载下一个需要冷却的晶圆时，还会吸收下一个晶圆的热量，使得其自身的温度持续上升。基于此，为避免高温对承载部11和珀尔贴元件2造成损坏，在承载部11承载下一个待冷却的晶圆之前，需要为温度较高的承载部11进行降温。具体的，参见图2和图3a，可以为珀尔贴元件2通入反向直流电。此时，承载部11处于冷却状态，珀尔贴元件2的冷却部22吸收承载部11的热量，并由发热部21将热量散发到外界工作环境中，为承载部11降温。具体的，在上述为承载部11加热和降温的过程中，承载部11的温度变化范围可以为30℃～200℃。此外，由上述内容可以看出，珀尔贴元件2减小晶圆温度变化速率的程度，受珀尔贴元件2上通入的直流电大小的影响，故可以根据实际情况中晶圆温度变化速率的要求，设置直流电的大小。
43.在另一种可能的实现方式中，上述热电组件可以包括加热器(图中未示出)、温度测量件(图中未示出)和控制器(图中未示出)。
44.上述加热器设置在承载部11上，加热器在控制器的控制下对承载部11进行加热。示例性的，上述加热器可以为金属加热丝。为确保承载部11的表面较光滑，加热器可以镶嵌在承载部11上。并且，加热器的顶部与承载部11的承载面齐平。或者，加热器也可以设置在与承载面相背的承载部11的另一面上。当然，还可以根据实际情况设置加热器在承载部11上的位置。
45.上述温度测量件的参考端温度为工艺温度。温度测量件的测试端与承载部11接触。温度测量件用于测量承载部11的温度与工艺温度的差值，并向控制器发送测量结果。应理解，上述工艺温度为进行膜层制造过程中工艺腔室内的条件温度。
46.示例性的，上述温度测量件可以为热电偶。热电偶的参考端温度设置为工艺温度，即设置为工艺腔室内的条件温度。热电偶的测试端与承载部11接触，测量承载部11与工艺温度之间的差值，并以电势差的形式输出测量结果。具体的，基于塞贝克效应，承载部11的温度与工艺温度之间的差值越大，电势差越大。相反，承载部11的温度与工艺温度之间的差值越小，电势差越小。
47.上述控制器的输入端与温度测量件连接，控制器的输出端与加热器连接，控制器用于根据测量结果控制加热器工作。
48.示例性的，上述控制器可以为固态继电器。
49.在实际应用过程中，将晶圆送入工艺腔室内之前，控制器控制加热器为承载部11缓慢加热。因晶圆承放在承载部11上，缓慢受热的承载部11可以通过热传导的方式将热量缓慢传递到晶圆，使得晶圆与承载部11一起缓慢升温。当晶圆上的膜层形成后，晶圆传送机械臂进入到工艺腔室内去承载温度较高的晶圆前，控制器也会控制加热器为承载部11加
热。在上述两个加热过程中，温度测量件实时测量承载部11的温度，并向控制器输出测量结果。当承载部11的温度被加热到满足温度要求范围后，控制器根据测量结果控制加热器停止为承载部11加热。基于此，具有一定温度的晶圆进入到工艺腔室内，因晶圆与工艺腔室内的温差较小，因此可以使得晶圆缓慢升温(或维持晶圆温度不变)，抑制晶圆内部产生应力。另一方面，具有一定温度的承载部11进入到工艺腔室内，承载并转运晶圆至真空交换舱内，对晶圆进行冷却。因被加热后的承载部11与晶圆之间的温差较小，因此可以使得晶圆缓慢降温，抑制晶圆内部产生应力，从而可以提升晶圆品质。
50.以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。本公开的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。