CN114361086A - 半导体工艺设备及其晶圆传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种晶圆传输系统，包括传输腔、第一传输组件、加载腔、第二传输组件和校准腔，传输腔用于与反应腔室连通；加载腔的一侧与传输腔连通，另一侧具有传输口；第二传输组件用于通过传输口将晶圆传输至加载腔中的托盘上，以及由加载腔中的托盘上取下晶圆并将晶圆传出加载腔；校准腔中设置有校准组件，用于对托盘位置进行校准；第一传输组件用于将托盘传入校准腔中对托盘位置进行校准，并将校准后的托盘由校准腔中取出并传入加载腔中，还用于将承载有晶圆的托盘由加载腔中取出并传入反应腔室中。在本发明中，第一传输组件能够配合校准腔对托盘的位置进行校准，实现碳化硅晶圆的自动化传片、取片。本发明还提供一种半导体工艺设备。

Description

半导体工艺设备及其晶圆传输系统

技术领域

本发明涉及半导体工艺设备领域，具体地，涉及一种晶圆传输系统和一种包括该晶圆传输系统的半导体工艺设备。

背景技术

碳化硅(SiC)是一种有着独特物理和化学性质的半导体材料，组成碳化硅晶体的硅碳键键能非常大(4.6eV)，其禁带度宽为2.3～3.3eV，且拥有高硬度、高化学惰性、宽禁带以及良好的热稳定性，使碳化硅功率器件能够在300℃的高温下进行工作，甚至保证碳化硅功率器件的性能在更高的温度环境下也不会降低，在相同电压条件下，碳化硅功率器件的通态电阻比硅基功率器件小一个数量级以上，这也使得碳化硅功率器件的电能转化率较硅基功率器件的要高。然而也正是由于其性能的特殊性，碳化硅器件制造难度大、成品率低、器件价格偏高，限制了其全面推广的步伐。

外延生长是碳化硅功率半导体器件制造工艺中的首道工序，不同于硅外延工序1000～1200℃的外延温度，碳化硅外延的温度通常为1500～1800℃，且碳化硅外延的生长时间一般较长。在此条件下，若采用以往在硅外延工艺条件下直接取片的方式，容易增加碳化硅晶圆的表面缺陷，因此需要将装载碳化硅晶圆的托盘整体放入或取出工艺腔室。即，需要先将工艺前晶圆放置在托盘上，再将托盘与晶圆整体传入反应腔室中进行工艺，在工艺完成后，需将托盘与晶圆整体传出反应腔室，再从托盘上取下晶圆。

然而，在现有技术中，将晶圆放置在托盘上以及由托盘上取下的工艺步骤均需要人为参与，极大地拉低了半导体工艺的效率；并且，人为取放片极易使细小颗粒掉落至晶圆表面，造成晶圆污染或者划伤晶圆的表面，影响碳化硅晶圆的成品率。

因此，如何提供一种应用于碳化硅晶圆且能够实现自动化传片、取片的传输系统，成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在提供一种晶圆传输系统以及包括该晶圆传输系统的半导体工艺设备，该晶圆传输系统能够实现碳化硅晶圆的自动化传片、取片。

为实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供一种晶圆传输系统，所述晶圆传输系统包括传输腔、第一传输组件、加载腔、第二传输组件和校准腔，其中，

所述传输腔具有用于与反应腔室连通的腔室对接口；

所述加载腔的一侧与所述传输腔连通，另一侧具有选择性开启的传输口；

所述第二传输组件用于通过所述传输口将晶圆传输至所述加载腔中的托盘上，以及由所述加载腔中的托盘上取下晶圆并将所述晶圆通过所述传输口传出所述加载腔；

所述校准腔与所述传输腔连通，且所述校准腔中设置有校准组件，所述校准组件用于对传入所述校准腔中的托盘的位置进行校准；

所述第一传输组件设置在所述传输腔中，用于将所述托盘传入所述校准腔中，以配合所述校准组件对所述托盘的位置进行校准，并将校准后的所述托盘由所述校准腔中取出并传入所述加载腔中，还用于将所述加载腔中承载有晶圆的所述托盘由所述加载腔中取出并通过所述腔室对接口传入所述反应腔室中，以及将所述反应腔室中的所述托盘取出。

可选地，所述加载腔包括腔体、基座、顶针驱动组件和多根顶针，所述基座设置在所述腔体中，所述基座具有用于承载所述托盘的承载面，所述顶针驱动组件用于驱动多根所述顶针由所述承载面的下方向上穿出并一一对应地穿过所述托盘上的多个顶针孔，或者驱动多根所述顶针下降至所述承载面下方。

可选地，所述顶针驱动组件包括安装板、升降杆和升降驱动组件，多根所述顶针设置在所述安装板上，所述基座的承载面上形成有安装槽，所述安装槽的底部形成有贯穿至所述基座底部的第一通孔，所述安装板设置在所述安装槽中，所述升降杆的顶端与所述安装板固定连接，所述升降驱动组件用于驱动所述升降杆在所述第一通孔中运动，以带动所述安装板及其上设置的多根所述顶针升降。

可选地，所述安装板上固定设置有多组顶针，每组中的多个所述顶针与所述基座的轴线之间的距离相等。

可选地，所述升降驱动组件设置在所述腔体的下方，所述腔体的底壁上形成有第二通孔，所述升降杆的底端通过所述第二通孔穿出至所述腔体的外部，且所述升降杆的底端具有半球部，所述升降驱动组件包括升降驱动部和弹性驱动部；所述升降驱动部的顶部具有水平接触面，且所述升降驱动部用于驱动所述水平接触面上升，以使所述水平接触面推动所述升降杆沿所述第一通孔和所述第二通孔上升，或者驱动所述水平接触面下降；所述弹性驱动部用于通过弹力驱动所述升降杆下降。

可选地，所述弹性驱动部包括弹簧、挡环和导向座，所述导向座的顶面形成有导向孔，所述导向孔的底面上形成有与所述导向孔同轴且贯穿至所述导向座底面的第三通孔，所述导向座的底部与所述腔体的底部固定连接，且所述第三通孔与所述第二通孔连通；

所述升降杆穿过所述导向座的所述导向孔和所述第三通孔，所述挡环和所述弹簧均套设在所述升降杆上，所述弹簧位于所述导向孔中且位于所述挡环与所述导向孔的底面之间，用于通过弹力推动所述挡环与所述导向孔的底面相互远离，以使所述升降杆下降。

可选地，所述校准组件包括托盘校准器和旋转座，所述托盘校准器用于检测传入所述校准腔中的所述托盘的旋转角度以及所述托盘中心的水平位置；所述第一传输组件用于在将所述托盘传入所述校准腔中后，根据所述托盘校准器的反馈信号调整所述托盘的水平位置，使所述托盘中心的水平位置与所述旋转座的旋转轴的水平位置对正，再将所述托盘放置在所述旋转座上；所述旋转座用于驱动所述托盘绕所述旋转轴旋转至所述托盘上的特征结构朝向第一预设角度。

可选地，所述托盘校准器位于所述旋转座的上方，且能够在预设位置竖直向下发射检测信号，并根据反射信号判断所述托盘上的特征结构是否旋转至朝向所述第一预设角度。

可选地，所述晶圆传输系统还包括固定平台，所述加载腔和所述第二传输组件均固定设置在所述固定平台上。

可选地，所述晶圆传输系统还包括固定设置在所述固定平台上的晶圆校准器，所述晶圆校准器用于对晶圆的旋转方向进行校准，使所述晶圆上的特征结构旋转至朝向第二预设角度；所述固定平台还包括用于设置片盒的第一片盒固定位和第二片盒固定位，所述第二传输组件、所述加载腔和所述传输腔的中心位于同一直线上，且所述第一片盒固定位和所述第二片盒固定位分别位于所述第二传输组件在垂直于所述第二传输组件与所述加载腔之间连线方向上的两侧；

所述第二传输组件用于在将所述晶圆由所述第一片盒固定位的片盒中取出后，先将所述晶圆传入所述晶圆校准器中，并在所述晶圆校准器对所述晶圆的旋转方向进行校准后，通过所述传输口将所述晶圆传输至所述加载腔中的托盘上；以及，在将所述晶圆由所述加载腔中取出后，先将所述晶圆传入所述晶圆校准器中，并在所述晶圆校准器对所述晶圆的旋转方向进行校准后，将所述晶圆传输至所述第二片盒固定位的片盒中。

可选地，所述晶圆传输系统还包括固定设置在所述固定平台上的托盘支撑块，所述托盘支撑块的顶部具有用于承载托盘的托盘支撑面，且所述托盘支撑块在朝向所述第二传输组件的方向形成有开口；

所述第二传输组件还用于伸入所述开口并由所述托盘支撑面的下方升高至高于所述托盘支撑面，以将所述托盘支撑面上承载的所述托盘取下，再将所述托盘放入所述加载腔中。

可选地，所述晶圆传输系统还包括冷却腔，所述冷却腔与所述传输腔连通，所述第一传输组件用于在将装有所述晶圆的所述托盘从所述反应腔中取出后，先将其放入所述冷却腔中，待所述托盘及其上承载的所述晶圆冷却至室温后，再将其传输至所述校准腔中；

所述传输腔的中心与所述校准腔的中心之间的连线以及所述传输腔的中心与所述冷却腔的中心之间的连线，均与所述第二传输组件和所述传输腔的中心之间的连线成45°夹角。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，包括晶圆传输系统和反应腔室，所述晶圆传输系统用于向所述反应腔室中传入承载有晶圆的托盘以及将承载有晶圆的托盘由所述反应腔室中取出，且所述晶圆传输系统为前面所述的晶圆传输系统。

在本发明提供的晶圆传输系统和半导体工艺设备中，晶圆传输系统包括传输腔、校准腔和加载腔，第一传输组件能够配合校准腔对托盘的位置进行校准，并将校准后的托盘放入加载腔中，从而在第二传输组件能够将工艺前的晶圆放置在校准后的托盘上，或者由校准后的托盘上取下位置确定的晶圆，实现将晶圆自动放置在托盘上以及自动将晶圆由托盘上取下，晶圆及托盘的整个传输过程无需人为干预，进而提高了半导体工艺效率，并降低了晶圆表面附着颗粒造成晶圆污染或损伤的概率，提高了晶圆(例如，碳化硅晶圆)的产品良率。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的晶圆传输系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的晶圆传输系统中加载腔的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的晶圆传输系统中加载腔在另一视角下的结构示意图；

图4是图3中加载腔的A区域局部示意图；

图5是本发明实施例提供的晶圆传输系统中加载腔中的安装板的结构示意图；

图6是本发明实施例中托盘的结构示意图；

图7是图6中托盘的A区域局部示意图；

图8是本发明实施例中托盘与晶圆之前的位置关系示意图；

图9是本发明实施例提供的晶圆传输系统中托盘支撑块的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的晶圆传输系统中第二传输组件由托盘支撑块上取下托盘的原理示意图；

图11是本发明实施例提供的晶圆传输系统中第一传输组件由加载腔中取出托盘的原理示意图；

图12是本发明实施例提供的晶圆传输系统中第二传输组件向加载腔中的托盘上传输晶圆的原理示意图。

附图标记说明：

100：传输腔 200：第一传输组件

300：校准腔 310：托盘校准器

400：加载腔 410：门阀

420：门阀驱动机构 430：腔体

440：基座 450：顶针

460：安装板 461：连接部

462：条形部 463：连接孔

464：顶针固定孔 470：升降杆

471：半球部 480：升降驱动组件

480a：升降驱动部 480b：弹性驱动部

481：弹簧 482：挡环

483：导向座 500：第二传输组件

600：晶圆校准器 700：托盘支撑块

710：开口 800：冷却腔

900：固定平台 10：晶圆

20：托盘 21：缺口

22：容纳槽 30：反应腔室

40：片盒

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供一种晶圆传输系统，如图1所示，该晶圆传输系统包括传输腔100、第一传输组件200、校准腔300、加载腔400和第二传输组件500，其中，

传输腔100具有用于与反应腔室30连通的腔室对接口；

加载腔400的一侧与传输腔100连通，另一侧具有选择性开启的传输口；

第二传输组件500用于通过传输口将晶圆10传输至加载腔400中的托盘20上，以及由加载腔400中的托盘20上取下晶圆10并将晶圆10通过传输口传出加载腔400；

校准腔300与传输腔100连通，且校准腔300中设置有校准组件，校准组件用于对传入校准腔300中的托盘20的位置(具体包括托盘20的水平位置及托盘20的旋转角度)进行校准；

第一传输组件200设置在传输腔100中，用于将托盘20传入校准腔300中，以配合校准组件对托盘20的位置进行校准，并将校准后的托盘20由校准腔300中取出并传入加载腔400中，还用于将加载腔400中承载有晶圆10的托盘20由加载腔400中取出并通过腔室对接口传入反应腔室30中，以及将反应腔室30中的托盘20取出。

示例性地，第一传输组件200为真空机械手，第二传输组件500为大气机械手。

在本发明实施例中，晶圆传输系统包括传输腔100、校准腔300和加载腔400，第一传输组件200能够配合校准腔300对托盘20的位置进行校准，并将校准后的托盘20放入加载腔400中，从而在第二传输组件500能够将工艺前的晶圆10放置在校准后的托盘20上，或者由校准后的托盘20上取下位置确定的晶圆10，实现将晶圆10自动放置在托盘20上以及自动将晶圆10由托盘20上取下，晶圆10及托盘20的整个传输过程无需人为干预，进而提高了半导体工艺效率，并降低了晶圆表面附着颗粒造成晶圆污染或损伤的概率，提高了晶圆(例如，碳化硅晶圆)的产品良率。

需要说明的是，传输腔100具有控制内部气体压力的功能。具体地，如图1至图3所示，加载腔400的传输口处设置有门阀410和门阀驱动机构420，门阀驱动机构420用于驱动门阀410选择性地封闭传输口，在第二传输组件500对加载腔400进行取放片操作(即向加载腔400中传入晶圆10或由加载腔400中取出晶圆10)前，传输腔100内部气压由真空(或接近真空)变化至与外界大气压相同，而后门阀驱动机构420驱动门阀410将传输口开启；在第二传输组件500对加载腔400进行取放片操作后，门阀驱动机构420驱动门阀410将传输口封闭，传输腔100抽真空，以便后续通过腔室对接口与反应腔室30连通，使第一传输组件200在真空环境下对反应腔室30进行取放片操作，从而防止大气中的颗粒及污染物进入反应腔室30中，提高晶圆加工环境的洁净度。

作为本发明的一种可选实施方式，晶圆10和托盘20均具有用于区分朝向的特征结构，通过识别晶圆10上特征结构的朝向即可确定晶圆上形成的图案或元器件(如，芯片)的位置，同样地，通过识别托盘20上特征结构的朝向即可确定托盘20的旋转方向，进而实现对其上承载的晶圆10的精确定位。

具体地，如图6、图7所示，托盘20上的特征结构可以为形成在托盘20边缘上的缺口21；如图8所示，晶圆10上的特征结构可以为形成在晶圆10一侧边缘的平边f；如图6、图8所示，托盘20的承载面上形成有用于容纳晶圆10的容纳槽22，容纳槽22的边缘轮廓与晶圆10的边缘轮廓对应，即，容纳槽22也具有相应的平边g，晶圆10放置在托盘20上后嵌入至容纳槽22中，从而提高托盘20在反应腔室30中带动晶圆10旋转时晶圆10与托盘20之间相对位置的稳定性。

可选地，如图6、图7所示，托盘20的特征结构(例如，缺口21)的朝向与其容纳槽22的平边g朝向相同。可选地，托盘20的材质可以为石墨。

作为本发明的一种可选实施方式，校准组件包括托盘校准器310和旋转座(图1中旋转座被托盘20遮挡而未示出)，托盘校准器310用于检测传入校准腔300中的托盘20的旋转角度以及托盘20中心的水平位置；第一传输组件200用于在将托盘20传入校准腔300中后，根据托盘校准器310的反馈信号调整托盘20的水平位置，使托盘20中心的水平位置与旋转座的旋转轴的水平位置对正，再将托盘20放置在旋转座上；旋转座用于驱动托盘20绕旋转轴旋转至托盘20上的特征结构(例如，缺口21)朝向第一预设角度。

在本发明实施例中，第一传输组件200能够根据托盘校准器310的反馈信号调整托盘20的水平位置，使托盘20中心的水平位置与旋转座的旋转轴的水平位置对正，即，使托盘20的中心在水平面上的投影与旋转座的旋转轴在水平面上的投影重合。具体地，托盘校准器310能够将托盘20中心的水平位置相对于旋转座的旋转轴的水平位置沿X轴、Y轴(X轴、Y轴为托盘校准器310建立的XY水平直角坐标系的两条轴)方向的偏移量反馈至第一传输组件200，第一传输组件200根据反馈信息移动托盘20的水平位置，对托盘20进行反向位置补偿(即，使托盘20沿X轴、Y轴进行与偏移量大小相等方向相反的位移)，从而使托盘20中心的水平位置与旋转座的旋转轴的水平位置对正；

旋转座能够驱动托盘20绕旋转轴旋转至托盘20上的特征结构(例如，缺口21)朝向第一预设角度，从而实现对托盘20的水平位置及朝向的校准，进而保证第一传输组件200将托盘20重新由校准腔300中取出并送入加载腔400中时托盘20的水平位置及朝向的准确性。

作为本发明的一种可选实施方式，托盘校准器310基于光学测距原理对托盘20上的特征结构进行检测，以判断判断托盘20上的特征结构是否旋转至朝向第一预设角度。具体地，如图1所示，托盘校准器310位于旋转座的上方，且能够在预设位置竖直向下发射检测信号，并根据反射信号判断托盘20上的特征结构是否旋转至朝向第一预设角度，旋转座在托盘校准器310根据反射信号判定该特征结构已朝向第一预设角度后停止转动，从而实现对托盘20旋转方向的校准。

例如，当托盘20上的特征结构为缺口21时，托盘校准器310能够在缺口21朝向第一预设角度时所在的位置(即预设位置)竖直向下发射检测信号，在缺口21未旋转至朝向第一预设角度时，检测信号将在托盘20的上表面反射形成反射信号，当缺口21旋转至预设位置时，检测信号穿过缺口21向下传播至托盘20下方的物体(如，校准腔300的腔体底壁、旋转座或者其他设置在托盘20下方的物体)后再发生反射，从而使托盘校准器310接收到的反射信号发生改变，进而判定特征结构缺口21已朝向第一预设角度。

需要说明的是，第二传输组件500在拾取晶圆10时，晶圆10的朝向即为确定的角度，以保证晶圆10的平边f与托盘20上容纳槽22的平边g对正。具体地，可通过晶圆传输系统中的其他校准模组对放入加载腔400前的晶圆10进行校准。例如，作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，该晶圆传输系统还包括晶圆校准器600，晶圆校准器600用于对晶圆10的旋转方向进行校准，使晶圆10上的特征结构(例如，平边f)旋转至朝向第二预设角度，第二传输组件500用于在将晶圆10由片盒40中取出后，先将晶圆10传入晶圆校准器600中，并在晶圆校准器600对晶圆10的旋转方向进行校准后，通过传输口将晶圆10传输至加载腔400中的托盘20上。

在本发明实施例中，校准腔300中的校准组件能够对托盘20的旋转角度进行校准，晶圆校准器600能够对晶圆10的旋转角度进行校准，第一预设角度与第二预设角度设置为，特征结构(例如，缺口21)朝向第一预设角度的托盘20被第一传输组件200由校准腔300中取出并传入加载腔400中后，其容纳槽22的平边g与特征结构(例如，平边f)朝向第二预设角度的晶圆10被第二传输组件500由晶圆校准器600中取出并传入加载腔400中后其平边f的位置及角度相互对应。

为提高在加载腔400中将晶圆10放置在托盘20上或由托盘20上取下的平稳性，作为本发明的一种优选实施方式，如图3、图4所示，加载腔400包括腔体430、基座440、顶针驱动组件和多根顶针450(PIN)，基座440设置在腔体430中，基座440具有用于承载托盘20的承载面，顶针驱动组件用于驱动多根顶针450由承载面的下方向上穿出并一一对应地穿过托盘20上的多个顶针孔，或者驱动多根顶针450下降至承载面下方。

在本发明实施例中，加载腔400包括基座440、顶针驱动组件和多根顶针450，顶针驱动组件能够驱动多根顶针450向上穿出基座440的承载面并穿过托盘20上的多个顶针孔，或者驱动多根顶针450向下缩回承载面下方，从而可以在第二传输组件500向托盘20上放置晶圆10时，先通过顶针驱动组件驱动多根顶针450升起，将晶圆10放置在多根顶针450上，再通过顶针驱动组件驱动多根顶针450下降，使晶圆10平稳地落在托盘20上；同样地，在第二传输组件500由托盘20上取下晶圆10时，先通过顶针驱动组件驱动多根顶针450升起，将晶圆10顶起至脱离托盘20，从而可通过第二传输组件500由多根顶针450上取下晶圆10，进而提高了在加载腔400中将晶圆10放置在托盘20上或由托盘20上取下的平稳性，保证了晶圆10与托盘20之间位置的稳定性。

为保证多根顶针450顶端高度的一致性，以提高晶圆10的水平度，作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，顶针驱动组件包括安装板460、升降杆470和升降驱动组件480，多根顶针450设置在安装板460上，基座440的承载面上形成有安装槽，安装槽的底部形成有贯穿至基座440底部的第一通孔a，安装板460设置在安装槽中，升降杆470的顶端与安装板460固定连接，升降驱动组件480用于驱动升降杆470在第一通孔a中运动，以带动安装板460及其上设置的多根顶针450升降。

在本发明实施例中，多根顶针450设置在安装板460上，升降驱动组件480通过升降杆470驱动安装板460带动多根顶针450升降，从而实现多根顶针450的同步运动，保证了多根顶针450沿竖直方向进给量的一致性，进而保证了晶圆10与托盘20之间的平行度。

为提高晶圆传输系统对不同尺寸的晶圆10以及托盘20的兼容性，作为本发明的一种优选实施方式，如图4、图5所示，安装板460上固定设置有多组顶针450，每组中的多个顶针450与基座440的轴线之间的距离相等，从而可实现兼容不同尺寸的晶圆10以及托盘20。

作为本发明的一种可选实施方式，如图5所示，安装板460包括连接部461和周向等间隔固定设置在连接部461四周的三个条形部462，连接部461的中心形成有连接孔463，升降杆470的顶端固定设置在连接孔463中；条形部462沿径向延伸，且条形部462上形成有多个沿径向间隔分布的顶针固定孔464，每组顶针450包括底端一一对应地固定设置在三个条形部462上的三个顶针固定孔464中的三根顶针450。

即，对于任一尺寸的晶圆10以及托盘20，均可通过三个条形部462上的位于同一分度圆上的三根顶针450组成对应的三针结构，该三针结构穿过托盘20上的三个顶针孔并通过三针的顶端形成对晶圆10平面的稳定定位，且每根顶针450的顶端受力均相等，不会因受力不均导致晶圆10倾斜，实现晶圆10的稳定起落。

为保证多根顶针450运动方向的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图4所示，升降驱动组件480设置在腔体430的下方，腔体430的底壁上形成有第二通孔b，升降杆470的底端通过第二通孔b穿出至腔体430的外部，且升降杆470的底端具有半球部471，升降驱动组件480包括升降驱动部480a和弹性驱动部480b；升降驱动部480a的顶部具有水平接触面e，且升降驱动部480a用于驱动水平接触面e上升，以使水平接触面e推动升降杆470沿第一通孔a和第二通孔b上升，或者驱动水平接触面e下降；弹性驱动部480b用于通过弹力驱动升降杆470下降。

在本发明实施例中，升降驱动部480a的顶部具有水平接触面e，通过水平接触面e对升降杆470的底端的半球部471进行上顶的方式驱动升降杆470上升，能够有效保证升降驱动部480a仅对升降杆470施加竖直向上的顶升力，不会对升降杆470施加水平方向的力导致升降杆470的方向偏斜，进而能够有效保证多根顶针450运动方向的稳定性，提高了晶圆10的水平度。

作为本发明的一种可选实施方式，如图4所示，弹性驱动部480b包括弹簧481、挡环482和导向座483，导向座483的顶面形成有导向孔d，导向孔d的底面上形成有与导向孔d同轴且贯穿至导向座483底面的第三通孔c，导向座483的底部与腔体430的底部固定连接，且第三通孔c与第二通孔b连通；

升降杆470穿过导向座483的导向孔d和第三通孔c，挡环482和弹簧481均套设在升降杆470上，弹簧481位于导向孔d中且位于挡环482与导向孔d的底面之间，用于通过弹力推动挡环482与导向孔d的底面相互远离，以使升降杆470下降。

在本发明实施例中，弹性驱动部480b包括弹簧481、挡环482和导向座483，弹簧481套设在升降杆470上且位于导向座483的导向孔d中，从而能够有效防止弹簧481向外弹出，提高装置整体的可靠性。并且，弹簧481在升降杆470与导向孔d内壁的双重导向作用下，通过弹力推动挡环482与导向孔d的底面相互远离的方式动升降杆470下降，进一步降低了升降杆470沿水平方向受到的分力，从而进一步保证了多根顶针450运动方向的稳定性，提高了晶圆10的水平度。

在开始进行半导体工艺时，例如，对同一批次晶圆10中的第一片晶圆10进行半导体工艺时，需由外界通过加载腔400向传输腔100中传入托盘20，为实现自动运行该步骤，实现全面自动化控制，作为本发明的一种优选实施方式，如图1、图9所示，该晶圆传输系统还包括托盘支撑块700，托盘支撑块700的顶部具有用于承载托盘20的托盘支撑面，且托盘支撑块700在朝向第二传输组件500的方向形成有开口710。

如图10所示，第二传输组件500还用于在开始进行半导体工艺时伸入开口710，并由托盘支撑面的下方升高至高于托盘支撑面，从而将托盘支撑面上承载的托盘20取下，再将托盘20放入加载腔400中。

为提高完成半导体工艺后的晶圆10的冷却效率，作为本发明的一种优选实施方式，如图1所示，该晶圆传输系统还包括冷却腔800，冷却腔800与传输腔100连通。在每一片晶圆10加工完成后，第一传输组件200将装有晶圆10的托盘20从反应腔室30中取出后，先将其放入冷却腔800中，待托盘20及其上承载的晶圆10冷却至室温后，再将其传输至校准腔300中，对托盘20进行校准，而后再将其放入加载腔400中使晶圆10与托盘20分离。

为保证不同腔室之间位置的稳定性，作为本发明的一种优选实施方式，如图1所示，该晶圆传输系统还包括固定平台900，加载腔400、晶圆校准器600、托盘支撑块700、第二传输组件500均固定设置在固定平台900上。

具体地，作为本发明的一种可选实施方式，如图1所示，传输腔100为正八棱柱结构，加载腔400与腔室对接口分别位于传输腔100相对的两个侧面上，固定平台900与加载腔400位置对应，校准腔300与冷却腔800分别设置在传输腔100上与加载腔400一侧相邻的两个侧壁上，即图1中传输腔100右侧的上、下45°的两个侧面上，传输腔100的中心与校准腔300的中心之间的连线以及传输腔100的中心与冷却腔800的中心之间的连线，均与第二传输组件500和传输腔100的中心之间的连线成45°夹角；第二传输组件500位于加载腔400背离传输腔100的一侧，第二传输组件500、加载腔400和传输腔100的中心位于同一直线上。

可选地，固定平台900还包括用于设置片盒40的两个片盒固定位，包括第一片盒固定位(在图1中位于第二传输组件500上方)和第二片盒固定位(在图1中位于第二传输组件500下方)，分别用于设置装载工艺前晶圆和工艺后晶圆的片盒40。

为提高晶圆传输系统结构的紧凑性，提高晶圆10的传输精度及传输效率，作为本发明的一种优选实施方式，如图1所示，两个片盒固定位分别位于第二传输组件500在垂直于第二传输组件500与加载腔400之间连线方向上的两侧(即图1中第二传输组件500的上下两侧)；

第二传输组件500用于在将晶圆10由第一片盒固定位的片盒40中取出后，先将晶圆10传入晶圆校准器600中，并在晶圆校准器600对晶圆10的旋转方向进行校准后，通过传输口将晶圆10传输至加载腔400中的托盘20上；以及，在将晶圆10由加载腔中取出后，先将晶圆10传入晶圆校准器600中，并在晶圆校准器600对晶圆10的旋转方向进行校准后，将晶圆10传输至第二片盒固定位的片盒40中。

可选地，托盘支撑块700与晶圆校准器600相对于第二传输组件500与加载腔400之间的连线对称设置，例如，以图1中的上下左右方向为基准，托盘支撑块700位于第二传输组件500左上48°的方向，且托盘支撑块700的开口710朝向第二传输组件500的中心，晶圆校准器600位于第二传输组件500左下48°的方向。

需要说明的是，为展示托盘20或晶圆10在各腔室、装置工位上时与该腔室、装置之间的位置关系，图1中各腔室、装置均显示为加载有托盘20或晶圆10的状态。例如，校准腔300、加载腔400、冷却腔800均显示为加载有托盘20及其上承载的晶圆10的状态，托盘支撑块700显示为加载有托盘20的状态，晶圆校准器600显示为加载有晶圆10的状态。然而在实际使用中，这些腔室、装置工位中仅部分工位上载有托盘20或晶圆10。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，包括晶圆传输系统和反应腔室30，该晶圆传输系统用于向反应腔室30中传入承载有晶圆10的托盘20以及将承载有晶圆10的托盘20由反应腔室30中取出，且该晶圆传输系统为本发明实施例提供的晶圆传输系统。

在本发明实施例提供的半导体工艺设备中，晶圆传输系统包括传输腔100、校准腔300和加载腔400，第一传输组件200能够配合校准腔300对托盘20的位置进行校准，并将校准后的托盘20放入加载腔400中，从而在第二传输组件500能够将工艺前的晶圆10放置在校准后的托盘20上，或者由校准后的托盘20上取下位置确定的晶圆10，实现将晶圆10自动放置在托盘20上以及自动将晶圆10由托盘20上取下，晶圆10及托盘20的整个传输过程无需人为干预，进而提高了半导体工艺效率，并降低了晶圆表面附着颗粒造成晶圆污染或损伤的概率，提高了晶圆(例如，碳化硅晶圆)的产品良率。

为便于技术人员理解，以下提供一种利用本发明实施例提供的晶圆传输系统对同一批次晶圆进行半导体加工的具体实施例：

在第一次工艺开始前(即对第一片晶圆10进行半导体工艺前)，第二传输组件500伸入托盘支撑块700的开口710，并由托盘支撑面的下方升高至高于托盘支撑块700的托盘支撑面(如图10所示)，从而将托盘支撑面上承载的托盘20取下；

门阀驱动机构420驱动门阀410打开，第二传输组件500将托盘20送入加载腔400中并放置在基座440上(此时托盘20的旋转方向未校准)。

门阀驱动机构420驱动门阀410关闭并将外界大气与腔室环境隔绝，第一传输组件由加载腔400中取出托盘20(如图11所示)。

第一传输组件将托盘20送入校准腔300中，并根据托盘校准器310的反馈信号(托盘20中心的水平位置相对于旋转座的旋转轴的水平位置沿X轴、Y轴方向的偏移量)调整托盘20的水平位置，使托盘20中心的水平位置与旋转座的旋转轴的水平位置对正。随后将托盘20放置在旋转座上，旋转座驱动托盘20旋转至托盘校准器310检测到驱动托盘20上的缺口21旋转至预设位置后停止旋转。

第一传输组件将校准后的托盘20从校准腔300中取出，并再次放回加载腔400中的基座440上，顶针驱动组件驱动多根顶针450向上穿过托盘20上的多个顶针孔。

门阀驱动机构420驱动门阀410打开，第二传输组件500将第一片晶圆10由第一片盒固定位的片盒40中取出并放入晶圆校准器600中对晶圆的旋转方向进行校准，再将校准后的晶圆10传输至加载腔400中升起的多根顶针450上(如图12所示)。门阀驱动机构420驱动门阀410关闭并将外界大气与腔室环境隔绝。

顶针驱动组件驱动多根顶针450向下缩回，使晶圆10落入托盘20上的容纳槽22中。

第一传输组件将托盘20及其上承载的晶圆10由加载腔400中取出并传入反应腔室30中进行半导体工艺。

在每一片晶圆10完成半导体工艺后，第一传输组件将托盘20及其上承载的完成工艺的晶圆10由反应腔室30中取出并传入冷却腔800中待托盘20及其上承载的晶圆10冷却至室温后，再将其传输至校准腔300中，对托盘20进行校准，而后再将其放入加载腔400中。，顶针驱动组件驱动多根顶针450向上穿过托盘20上的多个顶针孔，使晶圆10与托盘20分离。

门阀驱动机构420驱动门阀410打开，第二传输组件500将晶圆10由多根顶针450上取下并放入晶圆校准器600中对晶圆的旋转方向进行校准，再将校准后的晶圆10传输至第二片盒固定位的片盒40中。

随后，第二传输组件500将下一片晶圆10由第一片盒固定位的片盒40中取出并放入晶圆校准器600中对晶圆的旋转方向进行校准，再将校准后的晶圆10传输至加载腔400中升起的多根顶针450上。门阀驱动机构420驱动门阀410关闭并将外界大气与腔室环境隔绝。

重复第二传输组件500将待加工的晶圆10由第一片盒固定位的片盒40中取出至第二传输组件500将完成加工的晶圆10传入第二片盒固定位的片盒40的步骤，即可实现晶圆10的全自动化生产。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种晶圆传输系统，其特征在于，所述晶圆传输系统包括传输腔、第一传输组件、加载腔、第二传输组件和校准腔，其中，

所述传输腔具有用于与反应腔室连通的腔室对接口；

所述加载腔的一侧与所述传输腔连通，另一侧具有选择性开启的传输口；

所述第二传输组件用于通过所述传输口将晶圆传输至所述加载腔中的托盘上，以及由所述加载腔中的托盘上取下晶圆并将所述晶圆通过所述传输口传出所述加载腔；

所述校准腔与所述传输腔连通，且所述校准腔中设置有校准组件，所述校准组件用于对传入所述校准腔中的托盘的位置进行校准；

所述第一传输组件设置在所述传输腔中，用于将所述托盘传入所述校准腔中，以配合所述校准组件对所述托盘的位置进行校准，并将校准后的所述托盘由所述校准腔中取出并传入所述加载腔中，还用于将所述加载腔中承载有晶圆的所述托盘由所述加载腔中取出并通过所述腔室对接口传入所述反应腔室中，以及将所述反应腔室中的所述托盘取出。

2.根据权利要求1所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述加载腔包括腔体、基座、顶针驱动组件和多根顶针，所述基座设置在所述腔体中，所述基座具有用于承载所述托盘的承载面，所述顶针驱动组件用于驱动多根所述顶针由所述承载面的下方向上穿出并一一对应地穿过所述托盘上的多个顶针孔，或者驱动多根所述顶针下降至所述承载面下方。

3.根据权利要求2所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述顶针驱动组件包括安装板、升降杆和升降驱动组件，多根所述顶针设置在所述安装板上，所述基座的承载面上形成有安装槽，所述安装槽的底部形成有贯穿至所述基座底部的第一通孔，所述安装板设置在所述安装槽中，所述升降杆的顶端与所述安装板固定连接，所述升降驱动组件用于驱动所述升降杆在所述第一通孔中运动，以带动所述安装板及其上设置的多根所述顶针升降。

4.根据权利要求3所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述安装板上固定设置有多组顶针，每组中的多个所述顶针与所述基座的轴线之间的距离相等。

5.根据权利要求3所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述升降驱动组件设置在所述腔体的下方，所述腔体的底壁上形成有第二通孔，所述升降杆的底端通过所述第二通孔穿出至所述腔体的外部，且所述升降杆的底端具有半球部，所述升降驱动组件包括升降驱动部和弹性驱动部；所述升降驱动部的顶部具有水平接触面，且所述升降驱动部用于驱动所述水平接触面上升，以使所述水平接触面推动所述升降杆沿所述第一通孔和所述第二通孔上升，或者驱动所述水平接触面下降；所述弹性驱动部用于通过弹力驱动所述升降杆下降。

6.根据权利要求5所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述弹性驱动部包括弹簧、挡环和导向座，所述导向座的顶面形成有导向孔，所述导向孔的底面上形成有与所述导向孔同轴且贯穿至所述导向座底面的第三通孔，所述导向座的底部与所述腔体的底部固定连接，且所述第三通孔与所述第二通孔连通；

所述升降杆穿过所述导向座的所述导向孔和所述第三通孔，所述挡环和所述弹簧均套设在所述升降杆上，所述弹簧位于所述导向孔中且位于所述挡环与所述导向孔的底面之间，用于通过弹力推动所述挡环与所述导向孔的底面相互远离，以使所述升降杆下降。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述校准组件包括托盘校准器和旋转座，所述托盘校准器用于检测传入所述校准腔中的所述托盘的旋转角度以及所述托盘中心的水平位置；所述第一传输组件用于在将所述托盘传入所述校准腔中后，根据所述托盘校准器的反馈信号调整所述托盘的水平位置，使所述托盘中心的水平位置与所述旋转座的旋转轴的水平位置对正，再将所述托盘放置在所述旋转座上；所述旋转座用于驱动所述托盘绕所述旋转轴旋转至所述托盘上的特征结构朝向第一预设角度。

8.根据权利要求7所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述托盘校准器位于所述旋转座的上方，且能够在预设位置竖直向下发射检测信号，并根据反射信号判断所述托盘上的特征结构是否旋转至朝向所述第一预设角度。

9.根据权利要求1至6中任意一项所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述晶圆传输系统还包括固定平台，所述加载腔和所述第二传输组件均固定设置在所述固定平台上。

10.根据权利要求9所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述晶圆传输系统还包括固定设置在所述固定平台上的晶圆校准器，所述晶圆校准器用于对晶圆的旋转方向进行校准，使所述晶圆上的特征结构旋转至朝向第二预设角度；所述固定平台还包括用于设置片盒的第一片盒固定位和第二片盒固定位，所述第二传输组件、所述加载腔和所述传输腔的中心位于同一直线上，且所述第一片盒固定位和所述第二片盒固定位分别位于所述第二传输组件在垂直于所述第二传输组件与所述加载腔之间连线方向上的两侧；

所述第二传输组件用于在将所述晶圆由所述第一片盒固定位的片盒中取出后，先将所述晶圆传入所述晶圆校准器中，并在所述晶圆校准器对所述晶圆的旋转方向进行校准后，通过所述传输口将所述晶圆传输至所述加载腔中的托盘上；以及，在将所述晶圆由所述加载腔中取出后，先将所述晶圆传入所述晶圆校准器中，并在所述晶圆校准器对所述晶圆的旋转方向进行校准后，将所述晶圆传输至所述第二片盒固定位的片盒中。

11.根据权利要求10所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述晶圆传输系统还包括固定设置在所述固定平台上的托盘支撑块，所述托盘支撑块的顶部具有用于承载托盘的托盘支撑面，且所述托盘支撑块在朝向所述第二传输组件的方向形成有开口；

所述第二传输组件还用于伸入所述开口并由所述托盘支撑面的下方升高至高于所述托盘支撑面，以将所述托盘支撑面上承载的所述托盘取下，再将所述托盘放入所述加载腔中。

12.根据权利要求11所述的晶圆传输系统，其特征在于，所述晶圆传输系统还包括冷却腔，所述冷却腔与所述传输腔连通，所述第一传输组件用于在将装有所述晶圆的所述托盘从所述反应腔中取出后，先将其放入所述冷却腔中，待所述托盘及其上承载的所述晶圆冷却至室温后，再将其传输至所述校准腔中；

所述传输腔的中心与所述校准腔的中心之间的连线以及所述传输腔的中心与所述冷却腔的中心之间的连线，均与所述第二传输组件和所述传输腔的中心之间的连线成45°夹角。

13.一种半导体工艺设备，其特征在于，包括晶圆传输系统和反应腔室，所述晶圆传输系统用于向所述反应腔室中传入承载有晶圆的托盘以及将承载有晶圆的托盘由所述反应腔室中取出，且所述晶圆传输系统为权利要求1至12中任意一项所述的晶圆传输系统。

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