CN113611647B - 一种半导体传输系统及其传输方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体传输系统及其传输方法，半导体传输系统包括传输腔,以及与传输腔连接的若干个工序加工腔；若干个工序加工腔分别设置在传输腔的外围，且若干个工序加工腔通过真空闸阀与传输腔连接；若干个工序加工腔包括与传输腔连接的取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室；传输腔内设置有内部转移机构，内部转移机构包括用于传送的真空机械手；传输腔外部设置有外部转移机构和托盘盒以及上料片盒和下料片盒；外部转移机构能在传输腔和托盘盒以及上料片盒和下料片盒之间实现上料或下料。本发明提供了一种传送稳定、便捷、可靠性高的半导体传输系统及其传输方法。

Description

一种半导体传输系统及其传输方法
技术领域
本发明涉及半导体加工生产技术领域，具体涉及一种半导体传输系统及其传输方法。
背景技术
现有技术中CVD设备是一种用化学气相沉积法制备氮化镓、碳化硅或其他单晶薄膜材料的一种设备。反应过程中，衬底片放置在石墨托盘上，进行快速的升降温，并在适当的温度、压力、转速、流量等条件下通入反应气体，在衬底片上生长出外延材料。一部分材料工艺的外延生长的时间较短，只占到整个运行过程的1/3甚至更少，升降温和装、取片的时间占大多数，因而，提高衬底放样和取样速度及减少升降温时间对生产效率具有非常重大的价值。目前外延设备有立式、卧式和行星式反应管，取样方式有机械手自动和人工手动两种方式。
现有技术中，对上述技术问题中的部分技术问题进行了改进，例如，专利申请号：CN201310753954.5，专利名称：用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，公开了一种用于半导体制造工艺中的硅片定位系统，包括工作平台，所述工作平台内设用于搬运硅片的真空机械手，所述真空机械手手臂中央设有用于顶升硅片的圆孔，在工艺平台上设有至少一个硅片定位装置，所述硅片定位装置用于探测并调整真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手手臂中央位置。本发明通过将多个硅片位置定位装置设在工艺平台上，与多个机械手的机台相配套，可有效节约有限空间，减少占地面积，有利于节约资源，免去了从硅片定位腔室上送取硅片的步骤，简化工序，提高了硅片传输效率。
以及现有技术，专利申请号：CN200510126437.0，专利名称：具有视觉传感器的硅片传输系统及传输方法，公开了半导体刻蚀设备中硅片传输装置及传输方法。本发明具有视觉传感器的硅片传输系统包括安装在真空传输室内的真空机械手、安装在真空传输室外的视觉传感器，视觉传感器用于探测真空机械手取片后硅片中心位置与真空机械手中心位置情况。由于视觉传感器安装在真空传输室外，有效地减小真空传输室的体积。
以及，现有技术，专利申请号：CN202020286883.8，专利名称：硅片输运装置；公开了一种硅片输运装置，包括两个预抽真空装置和真空输运装置，真空输运装置用于在真空状态下在预抽真空装置和工艺处理装置之间传输硅片，真空输运装置包括：真空输运腔室、两个搬运机器人和中转台。两个搬运机器人中均有两个可独立动作的机械手，通过两个机械手的有序配合，使用一个机器人可对同一工位执行硅片交换。当一个搬运机器人在预抽真空装置和过渡中转台之间传输硅片时，另一个搬运机器人在中转台和工艺处理装置之间传输硅片。由于使用了具有两个可以独立动作的机械手的机器人对同一个工位进行硅片交换的技术，结合以具有多自由度的两个机械手，使得硅片传输可以高速进行，提高整体的产能。
但是现有技术中，依然存在以下问题：第一，现有技术中在加热时都需要将衬底从常温加热到较高的生长温度，花费大量的升温时间和较高加热功率，影响产能。第二、将半导体器件在不同的工序中传输，不能保证传送环境的稳定性，存在高温送取样不便的问题；第三、不便于实现自动更换生产加工中的托盘的问题，更不具有对托盘循环使用中实现检测换盘的结构和功能；第四、缺乏对衬底的转移后进行旋转位置校准；第五、不具有将托盘和衬底进行自动旋转对位后衬底镶嵌到托盘衬底槽位置。同时，现有技术中取盘、取片也大多用机械手进行操作，采用的是真空机械手加大气机械手的组合模式，但要求真空吸附型的真空机械手为双层结构，才能按正常流畅的速度装取片，否则装取片速度非常慢，机械手成本相对较高，可靠性风险较大。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供了一种传送稳定、便捷、可靠性高的半导体传输系统及其传输方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种半导体传输系统，包括传输腔,以及与所述传输腔连接的若干个工序加工腔；若干个所述工序加工腔分别设置在所述传输腔的外围，且若干个所述工序加工腔通过真空闸阀与所述传输腔连接；若干个所述工序加工腔包括与所述传输腔连接的取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室；所述传输腔内设置有内部转移机构，所述内部转移机构包括用于传送的真空机械手；所述传输腔外部设置有外部转移机构和托盘盒以及上料片盒和下料片盒；所述外部转移机构能在所述传输腔和托盘盒以及上料片盒和下料片盒之间实现上料或下料。
本发明一个优选的实施方案中，所述传输腔采用的是多面体结构，所述取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室围绕设置在所述传输腔的不同侧，且所述传输腔与所述取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室对应连接的一侧上设置有用于传输的通槽，所述真空闸阀设置在通槽上用于通断所述通槽，所述真空闸阀为传输真空闸阀。
本发明一个优选的实施方案中，所述取片室内设置有取片腔一，所述取片腔一内的下部设置有散热底座一，所述散热底座一上设置有定位盘一；
所述取片腔一内还设置有位于所述定位盘一上方的至少一对能相对开合的托片手指一；且所述定位盘一与所述托片手指一之间预留有操作空间一；
所述取片室上还设置有取片真空闸阀，所述取片真空闸阀与外部转移机构对应；所述外部转移机构包括装取片机械手和换盘机械手。
本发明一个优选的实施方案中，所述取片室的底部设置有驱动座一，所述驱动座一内设置有升降气缸一，所述升降气缸一驱动连接有穿设入所述取片腔一内的升降杆一;位于所述取片腔一内的升降杆一穿设过所述散热底座一和定位盘一后驱动连接有用于抬升的托片台一。
本发明一个优选的实施方案中，装片室内设置有装片腔一，所述装片腔一内的下部设置有支撑底座，所述支撑底座上设置有旋转平台，所述旋转平台上驱动设置有定位盘二；所述装片腔一内还设置有位于所述定位盘二上方的至少一对能相对开合的托片手指二；且所述定位盘二与所述托片手指二之间预留有操作空间二；所述取片室上还分别设置有装片真空闸阀和换盘真空闸阀，所述装片真空闸阀和换盘真空闸阀分别与外部转移机构对应。
本发明一个优选的实施方案中，装片室的底部设置有驱动座二，所述驱动座二内设置有升降气缸二，所述升降气缸二驱动连接有穿设入所述装片腔一内的升降杆二;位于所述装片腔一内的升降杆二穿设过所述支撑底座、旋转平台后驱动连接有托片台二。
本发明一个优选的实施方案中，取片室内设置有与所述定位盘一对应的摄像头一；或/和，所述装片室内设置有与所述定位盘二对应的摄像头二。
本发明一个优选的实施方案中，反应腔内设置有旋转筒，所述旋转筒上驱动设置有定位盘三；所述反应腔的底部设置有驱动座三，所述驱动座三与所述旋转筒驱动连接。
本发明一个优选的实施方案中，缓存室内设置有若干层托盘架，所述缓存室内还设置有用于升温加热的加热装置，且缓存室的外部或/和内部设置有保温层，所述缓存室与所述传输腔连接处还设置有隔热阀。
本发明一个优选的实施方案中，一种半导体传输系统的传输装片方法，包括以下步骤，
步骤一，获取衬底；
步骤二，将衬底放入装片室；调节装片室内的气压至大气压，将衬底放入装片室的托片台二上；
步骤三，将衬底抬升悬空，打开托片手指二，通过升降气缸二抬升托片台二，使得衬底至装片室内的上方，驱动托片手指二夹持合拢，支撑住衬底，托片台二复位，装取片机械手复位；
步骤四，将托盘放入装片室，且托盘位于抬升的衬底的下方；将托盘放入装片室的旋转平台上，通过旋转平台调整姿态，通过升降气缸二驱动托片台二抬升托盘承接衬底，再通过托片台二下降将装载衬底的托盘下降；
步骤五，将转载衬底的托盘转移至缓存室加热；
步骤六，将加热完成后的装载衬底的托盘转移至反应腔中，进行反应；
步骤七，将反应后的装载衬底的托盘转移至取片室，通过取片室将衬底从托盘中分离后将装片完成的衬底转移至下一工序。
本发明解决了技术背景中存在的缺陷，本发明有益的技术效果是：
本发明公开了一种传送稳定、便捷、可靠性高的半导体传输系统及其传输方法。
1、提升了半导体器件在不同的工序中传输的传送环境的稳定性。通过采用真空机械手取盘、大气机械手取衬底片和自动旋转对位的手段，解决了高温送取样问题。进一步提高了衬底放样和取样速度，并有效地减少了衬底预热的时间、可以实现片盒对片盒的自动运行模式。
2、通过装片室和取片室内可协调配合的上下和左右动作的传送机构，解决了低成本下自动装、取片的问题。
3、实现自动更换生产加工中的托盘，对托盘循环使用中实现检测换盘的结构和功能。对衬底的转移后进行旋转位置校准；能将托盘和衬底进行自动旋转对位后，将衬底镶嵌到托盘衬底槽位置。通过自动识别托盘状态，或者控制托盘工作时间，进一步实现自动换托盘的功能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的优选实施例的系统结构示意图；
图2是本发明的优选实施例的系统中取片室的正面剖视结构示意图；
图3是本发明的优选实施例的系统中取片室的侧面剖视结构示意图；
图4是本发明的优选实施例的系统中取片室的俯视结构示意图；
图5是本发明的优选实施例的系统中装片室的正面剖视结构示意图；
图6是本发明的优选实施例的系统中装片室的侧面剖视结构示意图；
图7是本发明的优选实施例的系统中装片室的俯视结构示意图；
图8是本发明的优选实施例的系统中反应腔一的侧面剖视结构示意图；
图9是本发明的优选实施例的系统中反应腔一的俯视结构示意图；
其中，1-传输腔、11-通槽、2-装片室、3-取片室、4-反应腔一、5-反应腔二、6-缓存室、61-隔热阀、7-内部转移机构、71-真空机械手、8-外部转移机构、81-装取片机械手、82-换盘机械手、91-托盘盒，92-下料片盒、93-上料片盒、94-对位器、95-衬底检测器；
31-取片腔一、310-取片真空闸阀、311-滑轨一、312-滑块一、313-托片手指一、32-散热底座一、321-水冷槽一、323-定位盘一、33-升降气缸一、331-升降导轨一、332-升降板一、333-升降杆一、334-升降杆密封体一、335-托片台一、34-衬底、35-摄像头一、36-传输真空闸阀；
21-装片真空闸阀、22-换盘真空闸阀、23-升降气缸二、231-升降导轨二、232-升降板二、233-升降杆密封体二、234-升降杆二、235-托片台二、236-托片手指二、237-滑块二、238-滑轨二、25-旋转平台二、251-密封旋转部件二、252-定位盘二、26-摄像头二、27-角度位置传感器；
41-旋转筒、42-定位盘三,5-托盘。
具体实施方式
现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、底、顶等)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。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。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
如图1~图9所示，一种半导体传输系统，包括传输腔1,以及与传输腔1连接的若干个工序加工腔；若干个工序加工腔分别设置在传输腔1的外围，且若干个工序加工腔通过真空阀闸与传输腔1连接；真空阀闸为传输真空阀闸36。若干个工序加工腔包括与传输腔1连接的取片室3、装片室2、若干个反应腔、缓存室6；传输腔1内设置有内部转移机构7，内部转移机构7包括用于传送的真空机械手71；传输腔1外部设置有外部转移机构8和托盘盒91以及上料片盒93和下料片盒92；外部转移机构8能在传输腔1和托盘盒91以及上料片盒93和下料片盒92之间实现上料或下料。传输腔1、取片室3、装片室2、缓存室6、反应腔分别设置有用于抽吸气体的抽气阀门和充气阀门。
具体的，传输腔1采用的是多面体结构，取片室3、装片室2、若干个反应腔、缓存室6围绕设置在传输腔1的不同侧，且传输腔1与取片室3、装片室2、若干个反应腔、缓存室6对应连接的一侧上设置有用于传输的通槽11，通槽11上设置有用于通断通槽11的真空阀闸。若干个反应腔包括反应腔一4和反应腔二5。
具体的，取片室3内设置有取片腔一31，取片腔一31内的下部设置有散热底座一32，散热底座一32内设置有水冷槽321。散热底座一32上设置有定位盘一323；取片腔一31内还设置有位于定位盘一323上方的至少一对能相对开合的托片手指一313，托片手指一313通过滑块一312驱动设置在设置在取片腔一31上部的滑轨一311上，且滑轨一311的外侧设置有推顶气缸一，推顶气缸一与滑块一312驱动连接，驱动一对滑块一312在滑轨一311上相对开合；且定位盘一323与托片手指一313之间预留有操作空间一；取片室3上还设置有取片真空闸阀310，取片真空闸阀310与外部转移机构8对应；外部转移机构8包括装取片机械手81和换盘机械手82。取片室3的底部设置有驱动座一，驱动座一内设置有升降气缸一33，升降气缸一33驱动连接有穿设入取片腔一31内的升降杆一333，升降杆一333通过升降杆密封体一334实现取片室3内与驱动座一之间的轴密封。位于取片腔一31内的升降杆一333穿设过散热底座一32和定位盘一323后驱动连接有用于抬升的托片台一335。取片室3内设置有与定位盘一323对应的摄像头一35。
具体的，装片室2内设置有装片腔一，装片腔一内的下部设置有支撑底座，支撑底座上设置有旋转平台，旋转平台上驱动设置有定位盘二252；装片腔一内还设置有位于定位盘二252上方的至少一对能相对开合的托片手指二236。托片手指二236通过滑块二237驱动设置在装片腔一上部的滑轨二238上。且滑轨一311的外侧设置有推顶气缸一，推顶气缸一与滑块一312驱动连接，驱动一对滑块一312在滑轨一311上相对开合。且定位盘二252与托片手指二236之间预留有操作空间二；取片室3上还分别设置有装片真空闸阀21和换盘真空闸阀22，装片真空闸阀21和换盘真空闸阀22分别与外部转移机构8对应。装片室2的底部设置有驱动座二，驱动座二内设置有升降气缸二23，升降气缸二23驱动连接有穿设入装片腔一内的升降杆二234;位于装片腔一内的升降杆二234穿设过支撑底座、旋转平台后驱动连接有托片台二235。升降杆二234通过升降杆密封体二233实现装片室2内与驱动座二之间的轴密封。装片室2内设置有与定位盘二252对应的摄像头二26。
具体的，反应腔内设置有旋转筒41，旋转筒41上驱动设置有定位盘三42；反应腔的底部设置有驱动座三，驱动座三与旋转筒41驱动连接。
具体的，缓存室6内设置有若干层托盘架，缓存室6内还设置有用于升温加热的加热装置，且缓存室6的外部或/和内部设置有保温层，缓存室6与传输腔1连接处还设置有隔热阀61。
实施例二
如图1~图6所示，一种半导体传输系统的传输装片方法，包括以下步骤，
步骤一，获取衬底34；
步骤二，将衬底34放入装片室2；调节装片室2内的气压至大气压，将衬底34放入装片室2的托片台二235上；
步骤三，将衬底34抬升悬空，打开托片手指二236，通过升降气缸二23抬升托片台二235，使得衬底34上升至装片室2内的上方，驱动托片手指二236夹持合拢，支撑住衬底34，托片台二235复位，装取片机械手81复位；
步骤四，将托盘5放入装片室2，且托盘5位于抬升的衬底34的下方；将托盘5放入装片室2的旋转平台二25上，通过旋转平台二25调整姿态，通过升降气缸二23驱动托片台二235抬升承接衬底34，再将衬底34放入托盘5中；
步骤五，将转载衬底34的托盘5转移至缓存室6加热；
步骤六，将加热完成后的装载衬底34的托盘5转移至反应腔中，进行反应；
步骤七，将反应后的装载衬底34的托盘5转移至取片室3，通过取片室3将衬底34从托盘5中分离后将装片完成的衬底34转移至下一工序。
更具体的，托盘5和衬底34的传输系统工作流程如下。
状态一，第一次放入托盘5时的装片流程：
1）安装上料片盒93：将放置好新衬底34的上料片盒93通过人工或机器人放到上料片盒93座，上料片盒93座内设置的用于检测物料有无的衬底检测传感器95感应到上料片盒93并通过锁紧机构将片盒固定在片盒座上。紧锁机构采用的时现有技术中的定位结构，例如现有技术中的推顶气缸推顶插销插接入上料片盒93，或采用加持气缸驱动相对设置的夹板，夹持住上料片盒93，在此不再一一列举紧锁机构采用的结构种类。
2）启动装取片机械手81上在末端设置的衬底34扫描器工作，检测衬底34的数量和位置，并自动储存相应数据。衬底34扫描器采用现有技术中采用的图像扫描识别设备，用于检测采集衬底34的数量。
3）装取片机械手81从上料片盒93中取出一片衬底34，并将衬底34放到对位器94上，通过对位器94调整衬底34角度和X、Y轴位置，使参考边垂直于装取片机械手81中心到衬底34中心的连线。
4）装取片机械手81将衬底34叉起，同时打开装片室2的装片真空闸阀21，打开该闸阀前，需要确认装片室2气压达到大气压±0-10mbar范围，否则，开启充气阀门，往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，直到装片室2内气压达到大气压±0-10mbar范围。
5）装取片机械手81将衬底34片送入装片室2，装片室2内2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起，升降板二232顺着设置在装片室2下部的升降导轨二231纵向位移带动升降杆二234和托片台二235一起动作，将衬底34顶起到托片手指二236上方，2个托片手指二236向内合拢，升降气缸二23向下动作回到原位，装取片机械手81下降一个合理距离，此时衬底34片被托片手指二236托住，装取片机械手81缩回，退出装片室2并回到原位。
6）第一次进行反应，反应腔内没有托盘5，则打开装片室2的换盘真空闸阀22，换盘机械手82将托盘盒91内的托盘5取出，送入装片室2的定位盘二252上方，向下动作，直到托盘5跟定位盘二252接触良好，继续向下动作换盘机械手82的手指离开托盘5底部至少1毫米，退出换盘机械手82，关闭换盘真空闸阀22。
7）旋转平台二25开始旋转，同时通过设置的角度位置传感器27检测托盘5下方设置的沉孔边缘，检测到沉孔边缘后，调整继续旋转的角度，使托盘5参考边跟衬底34参考边上下对应且平行。
8）关闭装片真空闸阀21，启动装片室2抽气阀门将装片室2内气压抽至1-20mbar范围，然后关闭抽气阀门，打开充气阀门往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，如此反复抽充至少2次。
9）最后一次充气时，将装片室2气压充至传输腔1气压±0-10mbar范围。
10）升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起带动升降杆二234和托盘5台二一起动作，将衬底34顶起，2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向下动作，直到衬底34镶嵌到托盘5上预留的衬底槽位置。
11）打开装片室2传输真空闸阀36，真空机械手71臂伸入装片室2，到达托盘5的下方，向上动作将托盘5抬起并离开定位盘二252一定高度即使托盘5与定位盘二252分离，真空机械手71臂缩回到传输腔1，关闭装片室2传输真空闸阀36。
12）打开缓存室6的闸阀，真空机械手71将托盘5送入缓存室6相应的位置，然后退出到传输腔1，关闭缓存室6的闸阀。缓存室6配置多层的托盘架，托盘架层数跟反应腔的数量相等，缓存室6内配置有加热装置和外围的保温材料，根据工艺需求，将温度控制在室温到1000℃范围。
13）托盘5在缓存室6内被加热到设定的温度后，打开缓存室6的传输真空阀闸36，真空机械手71将托盘5叉起并退出，关闭缓存室6的传输真空阀闸36。
14）打开反应腔闸阀，将托盘5送入旋转筒41上方，真空机械手71下降一定高度，将托盘5放到旋转筒41上，继续下降至少1毫米，机械手退出回到传输腔1，关闭反应腔的传输真空阀闸36，此时装片流程完成，反应腔开始运行生长程序。
状态二，重复使用托盘5时的装片流程：
1）装取片机械手81按顺序将手指插入片盒内衬底34下方，向上抬升一定距离将衬底34片托起，取片机械手手缩回，退出上料片盒93，机械手继续动作将衬底34放到对位器94上，通过对位器94调整衬底34角度和X、Y轴位置，使参考边垂直于装取片机械手81中心到衬底34中心的连线。
2）开启装片室2上的充气阀门，往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，直到装片室2内气压达到大气压±0-10mbar范围。
3）装取片机械手81将衬底34叉起，同时打开装片真空闸阀21，装取片机械手81将衬底34片送入装片室2，装片室2内2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起带动升降杆二234和托盘5台二一起动作，将衬底34顶起到托盘5手指二的上方，2个托片手指二236向内合拢，升降气缸二23向下动作回到原位，装取片机械手81下降一个合理距离，此时衬底34被托片手指二236托住，机械手缩回，退出装片室2并回到原位。
4）关闭装片真空闸阀21，启动装片室2抽气阀门将装片室2内气压抽至1-20mbar范围，然后关闭抽气阀门，打开充气阀门往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，如此反复抽充至少2次。
5）最后一次充气时，将装片室2气压充至传输腔1气压±0-10mbar范围。
6）打开装片室2的传输真空闸阀36，将完成取片后的位于取片室3的托盘5通过真空机械手71送入到装片室2定位盘二252上，然后，退出装片室2；
7）旋转平台二25开始旋转，同时角度位置传感器27检测托盘5下方沉孔边缘，检测到沉孔边缘后，调整旋转的角度，使托盘5参考边跟衬底34参考边上下平行。具体的，计算机将计算的需要调整的角度信息发送给控制系统以指挥马达动作，当马达旋转到达该角度位置时停止旋转。
8）升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起带动升降杆二234和托盘5台二一起动作，将衬底34顶起，2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向下动作，直到衬底34镶嵌到托盘5衬底34槽位置。
9）真空机械手71臂伸入装片室2，到达托盘5的下方，向上动作将托盘5抬起并离开定位盘二252一定高度，真空机械手71臂缩回到传输腔1，关闭装片室2的传输真空闸阀36。
10）打开缓存室6闸阀，真空机械手71将托盘5送入缓存室6相应的位置，然后退出到传输腔1，关闭缓存室6闸阀。缓存室6配置多层的托盘架，托盘架层数跟反应腔的数量相等，缓存室6内配置有加热装置和外围的保温材料，根据工艺需求，将温度控制在室温到1000℃范围。
11）托盘5在缓存室6内被加热到设定的温度后，打开缓存室6的传输真空阀闸36，真空机械手71将托盘5叉起并退出，关闭缓存室6的传输真空阀闸36。
12）打开反应腔的传输真空阀闸36，将托盘5送入旋转筒41上方，真空机械手71下降一定高度，将托盘5放到旋转筒41上，继续下降至少1毫米，真空机械手71退出回到传输腔1，关闭反应腔的传输真空阀闸36，此时装片流程完成，反应腔开始运行生长程序。
状态三，循环使用的托盘5需要更换时，换盘和装片流程：
1）托盘5更换周期或频次可以由工程师设定使用次数，也可以通过图像识别系统来决定，还可以通过二者结合运用。如下情形下需要更换托盘5。
a.当托盘5使用次数达到设定的使用次数时。
b.当图像识别系统感知到托盘5表面不宜继续使用时。
c.当工程师外界干预需要换托盘5时。
则进行如下托盘5更换程序和装片程序，否则按照正常循环使用程序运行。
2）打开装片室2传输真空闸阀36，将完成取片后的托盘5通过真空机械手71送入到装片室2定位盘二252上，真空机械手71退出装片室2，并关闭装片室2传输真空闸阀36。
3）开启充气阀门，往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，直到装片室2内气压达到大气压±0-10mbar范围。
4）打开换盘真空闸阀22，换盘机械手82将装片室2内托盘5取出，放到托盘盒91内相应空位，再将托盘盒91内未使用的托盘5取出，送入装片室2定位盘二252的上方，向下动作，直到托盘5跟定位盘二252接触良好，继续向下动作使换盘机械手82的手指离开托盘5底部至少1毫米，退出换盘机械手82，关闭换盘真空闸阀22。
5）旋转平台二25开始旋转，同时角度位置传感器27检测托盘5下方沉孔边缘，检测到小定位孔边缘后，旋转的角度，使托盘5参考边跟衬底34参考边上下平行。具体的，检测到小定位孔边缘后，计算机计算需要继续旋转的角度，该角度正好能使托盘5参考边跟衬底34参考边上下平行，计算机将该角度信息发送给控制系统以指挥马达动作，当马达旋转到达该角度位置时停止旋转。
6）装取片机械手81从上料片盒93取出一片衬底34，并将衬底34放到对位器94上，通过对位器94调整衬底34角度和X、Y轴位置，使参考边垂直于装取片机械手81中心到衬底34中心的连线。
7）打开装片真空闸阀21，装取片机械手81将衬底34叉起，送入装片室2，装片室2内2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起带动升降杆二234和托盘5台二一起动作，将衬底34顶起到托片手指二236的上方，2个托片手指二236向内合拢，升降气缸二23向下动作回到原位，装取片机械手81下降一个合理距离，此时衬底34被托片手指二236托住，装取片机械手81缩回，退出装片室2并回到原位。
8）关闭装片真空闸阀21，启动装片室2抽气阀门将装片室2内气压抽至1-20mbar范围，然后关闭抽气阀门，打开充气阀门往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，如此反复抽充至少2次。
9）最后一次充气时，将装片室2气压充至传输腔1气压±0-10mbar范围；
10）升降气缸二23向上动作将升降板二232顶起带动升降杆二234和托盘5台二一起动作，将衬底34顶起，2个托片手指二236向外分开，升降气缸二23向下动作，直到衬底34镶嵌到托盘5的衬底槽位置。
11）打开装片室2传输真空闸阀36，真空机械手71臂伸入装片室2，到达托盘5的下方，向上动作将托盘5抬起并离开小定位盘一323定高度，真空机械手71臂缩回到传输腔1，关闭装片室2的传输真空闸阀36。
12）打开缓存室6的传输真空阀闸36，真空机械手71将托盘5送入缓存室6相应的位置，然后退出到传输腔1，关闭缓存室6的传输真空闸阀36。缓存室6配置多层的托盘架，托盘架层数跟反应腔的数量相等，缓存室6内配置有加热装置和外围的保温材料，根据工艺需求，将温度控制在室温到1000℃范围。
13）托盘5在缓存室6内被加热到设定的温度后，打开缓存室6的传输真空阀闸36，真空机械手71将托盘5叉起并退出，关闭缓存室6的传输真空闸阀36。
14）打开反应腔的传输真空阀闸36，将托盘5送入旋转筒41上方，真空机械手71下降一定高度，将托盘5放到旋转筒41上，继续下降至少1毫米，真空机械手71退出回到传输腔1，关闭反应腔的传输真空阀闸36，此时装片流程完成，反应腔开始运行生长程序。
状态四，当反应腔实现运行生长程序后地取片流程：
1）反应腔内的生长反应完成并降温到取片温度范围600-900℃后，打开反应腔的传输真空阀闸36，真空机械手71进入反应腔，将托盘5叉起并退出，关闭应腔的传输真空阀闸36；
2）打开取片室3传输真空闸阀36，真空机械手71将托盘5放到取片室3定位盘一323上，并下降至少1毫米。
3）取片室3内2个托片手指一313向外分开，升降气缸一33向上动作将升降板顶起带动升降杆一333和托盘5台一一起动作，将衬底34顶起到托片手指一313的上方，2个托片手指一313向内合拢，升降气缸一33向下动作回到原位。
4）当托盘5温度下降到200℃后，真空机械手71上升，将托盘5叉起退出取片室3，关闭取片室3传输真空闸阀36。
5）开启与装片室2连接的充气阀门，往装片室2充入惰性气体，直到取片室3内气压达到大气压±0-10mbar范围。惰性气体例如氮气或氩气，但不仅限于此，在其他实施例中可以选用现有技术中的其他惰性气体。
6）打开取片真空闸阀310，将装取片机械手81伸入取片室3内衬底34下方，升降气缸一33向上动作将升降板一332顶起，升降板一332顺着设置在取片室3下部的升降导轨一331纵向位移带动升降杆一333和托盘5台一一起动作，将衬底34顶起，2个托片手指一313向外分开，升降气缸一33向下动作，直到衬底34被装取片机械手81的手指托住，升降气缸一33继续向下动作回到原位，装取片机械手81退出取片室3，将衬底34放到对位器94上，通过对位器94调整衬底34角度和X、Y轴位置，使衬底34中心和参考边达到要求的位置，调整完成后，装取片机械手81将衬底34叉起送入下料片盒92相应位置，取片完成。
7）当上一步装取片机械手81退出取片室3后，同时进行如下动作：关闭取片真空闸阀310，启动装片室2抽气阀门将装片室2内气压抽至1-20mbar范围，然后关闭抽气阀门，打开充气阀门往装片室2充入氮气、氩气或其他惰性气体，如此反复抽充至少两次。
8）最后一次充气时，将装片室2气压充至传输腔1气压±0-10mbar范围。
状态五，托盘5状态图像识别的工作流程：
1）每个流程完成取片后，真空机械手71将使用过的托盘5送入装片室2，并放置在旋转平台二25上。
2）装片室2内上方的摄像头二26开始对托盘5拍照摄像，并把图像传输到计算机。
3）通过图像识别软件将图像进行大数据对比分析，跟正常合格的托盘5表面形貌、颜色、位置等多种特征进行比对，自主做出判断，以判断是否需要更换新的托盘5。
状态六，多腔系统分时工作流程：
1）两个或两个以上反应腔共用传输腔1、真空机械手71、装片室2、取片室3、装取片机械手81、换盘机械手82及与之相连接的传输真空阀闸36。
2）本发明支持至少两个反应腔分时工作，每个反应腔均由计算机系统进行协调控制，当一个反应腔进行生长工艺运行时，其他腔体则可以进行装取片、换盘等流程。
3）遇到非正常原因造成腔体送取片时间冲突，则按照优先原则或人工干预设定的次序进行排序，达到分时工作目的。
本发明工作原理：
如图1~图9所示，通过采用真空机械手71取盘、大气机械手取衬底34片和自动旋转对位的手段，解决了高温送取样问题。提高了衬底34放样和取样速度，并有效地减少了衬底34预热的时间、可以实现片盒对片盒的自动运行模式。通过装片室2和取片室3内可协调配合的上下和左右动作的传送机构，解决了低成本下自动装、取片的问题。实现自动更换生产加工中的托盘5，对托盘5循环使用中实现检测换盘的结构和功能。对衬底34的转移后进行旋转位置校准；能将托盘5和衬底34进行自动旋转对位后，将衬底34镶嵌到托盘5衬底34槽位置。通过自动识别托盘5状态，或者控制托盘5工作时间，进一步实现自动换托盘5的功能。
以上具体实施方式是对本发明提出的方案思想的具体支持，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在本技术方案基础上所做的任何等同变化或等效的改动，均仍属于本发明技术方案保护的范围。

Claims (7)

1.一种半导体传输系统，包括传输腔,以及与所述传输腔连接的若干个工序加工腔；其特征在于：若干个所述工序加工腔分别设置在所述传输腔的外围，且若干个所述工序加工腔通过真空闸阀与所述传输腔连接；
若干个所述工序加工腔包括与所述传输腔连接的取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室；
所述传输腔内设置有内部转移机构，所述内部转移机构包括用于传送的真空机械手；
所述传输腔外部设置有外部转移机构和托盘盒以及上料片盒和下料片盒；所述外部转移机构能在所述传输腔和托盘盒以及上料片盒和下料片盒之间实现上料或下料；
所述传输腔采用的是多面体结构，所述取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室围绕设置在所述传输腔的不同侧，且所述传输腔与所述取片室、装片室、若干个反应腔、缓存室对应连接的一侧上设置有用于传输的通槽，所述真空闸阀设置在通槽上用于通断所述通槽，所述真空闸阀为传输真空闸阀；
所述取片室内设置有取片腔一，所述取片腔一内的下部设置有散热底座一，所述散热底座一上设置有定位盘一；
所述取片腔一内还设置有位于所述定位盘一上方的至少一对能相对开合的托片手指一；且所述定位盘一与所述托片手指一之间预留有操作空间一；
所述取片室上还设置有取片真空闸阀，所述取片真空闸阀与外部转移机构对应；所述外部转移机构包括装取片机械手和换盘机械手；
所述取片室的底部设置有驱动座一，所述驱动座一内设置有升降气缸一，所述升降气缸一驱动连接有穿设入所述取片腔一内的升降杆一；位于所述取片腔一内的升降杆一穿设过所述散热底座一和定位盘一后驱动连接有用于抬升的托片台一。
2.根据权利要求1所述的一种半导体传输系统，其特征在于：所述装片室内设置有装片腔一，所述装片腔一内的下部设置有支撑底座，所述支撑底座上设置有旋转平台，所述旋转平台上驱动设置有定位盘二；
所述装片腔一内还设置有位于所述定位盘二上方的至少一对能相对开合的托片手指二；且所述定位盘二与所述托片手指二之间预留有操作空间二；
所述取片室上还分别设置有装片真空闸阀和换盘真空闸阀，所述装片真空闸阀和换盘真空闸阀分别与外部转移机构对应。
3.根据权利要求2所述的一种半导体传输系统，其特征在于：所述装片室的底部设置有驱动座二，所述驱动座二内设置有升降气缸二，所述升降气缸二驱动连接有穿设入所述装片腔一内的升降杆二；位于所述装片腔一内的升降杆二穿设过所述支撑底座、旋转平台后驱动连接有托片台二。
4.根据权利要求3所述的一种半导体传输系统，其特征在于：所述取片室内设置有与所述定位盘一对应的摄像头一；或/和，所述装片室内设置有与所述定位盘二对应的摄像头二。
5.根据权利要求4所述的一种半导体传输系统，其特征在于：所述反应腔内设置有旋转筒，所述旋转筒上驱动设置有定位盘三；所述反应腔的底部设置有驱动座三，所述驱动座三与所述旋转筒驱动连接。
6.根据权利要求5所述的一种半导体传输系统，其特征在于：所述缓存室内设置有若干层托盘架，所述缓存室内还设置有用于升温加热的加热装置，且缓存室的外部或/和内部设置有保温层，所述缓存室与所述传输腔连接处还设置有隔热阀。
7.一种半导体传输系统的传输装片方法，其特征在于：采用权利要求1～6中任一权利要求所述的半导体传输系统实现的传输装片方法包括以下步骤，
步骤一，获取衬底；
步骤二，将衬底放入装片室；调节装片室内的气压至大气压，将衬底放入装片室的托片台二上；
步骤三，将衬底抬升悬空，打开托片手指二，通过升降气缸二抬升托片台二，使得衬底至装片室内的上方，驱动托片手指二夹持合拢，支撑住衬底，托片台二复位，装取片机械手复位；
步骤四，将托盘放入装片室，且托盘位于抬升的衬底的下方；将托盘放入装片室的旋转平台上，通过旋转平台调整姿态，通过升降气缸二驱动托片台二抬升托盘承接衬底，再通过托片台二下降将装载衬底的托盘下降；
步骤五，将转载衬底的托盘转移至缓存室加热；
步骤六，将加热完成后的装载衬底的托盘转移至反应腔中，进行反应；
步骤七，将反应后的装载衬底的托盘转移至取片室，通过取片室将衬底从托盘中分离后将装片完成的衬底转移至下一工序。
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