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，提供一种半导体工艺设备中的晶圆传输系统，如图1所示，该晶圆传输系统包括晶圆托盘(包括托盘本体19和中心托盘21)和晶圆分离组件。其中，

晶圆托盘包括托盘本体19和中心托盘21，托盘本体19中形成有沿厚度方向贯穿托盘本体19的托盘孔，中心托盘21设置在托盘孔中，并搭接在托盘本体19上。

晶圆分离组件包括托盘支撑机构和顶升机构，托盘支撑机构用于支撑托盘本体19，顶升机构用于顶起托盘孔中的中心托盘21，以及将中心托盘21放回托盘孔中。

在本发明提供的晶圆传输系统中，晶圆托盘包括托盘本体19和中心托盘21，晶圆分离组件的顶升机构可驱动中心托盘21升降，以使中心托盘21顶起晶圆托盘上的晶圆或将晶圆放下，托盘本体19可在中心托盘21及升降的过程中保持静止，从而可以在不影响晶圆托盘位置精度的同时进行晶圆取放，节约了对晶圆托盘的轴线位置进行频繁校准的时间，进而提高了晶圆取放精度和半导体工艺效率。

本发明实施例对托盘孔及中心托盘21的形状不做具体限定，例如，为便于中心托盘21落入托盘孔，托盘孔可以为孔径由上至下呈缩小趋势的变径孔，如，侧壁为锥面、球面等情况。

为保证晶圆托盘承载面(即托盘本体19的承载面与中心托盘21的顶面组成的表面)的水平度，优选地，如图2、图3所示，托盘孔为阶梯孔，中心托盘21的侧壁上设置有凸出部，凸出部搭接在阶梯孔的台阶上。

在本发明实施例中，托盘孔为阶梯孔，中心托盘21侧壁上的凸出部可搭接在阶梯孔的台阶上，从而在将中心托盘21放回托盘孔中时，可通过中心托盘21的凸出部的底面与阶梯孔的台阶面之间的配合作用保证中心托盘21的水平度，从而保证中心托盘21的顶面与托盘本体19的承载面平齐，进而保证了晶圆的水平度。

可选地，托盘本体19的顶面上还形成有定位凹槽51，用于放置晶圆，定位凹槽51的轮廓与晶圆的边缘轮廓对应，中心托盘21位于托盘孔中时，其顶面与定位凹槽51的底面(即托盘本体19的承载面)平齐。

为提高校准晶圆托盘位置的校准效率，优选地，如图1所示，晶圆分离组件还包括多个位置调节机构(包括定心手指27和水平驱动部25)，多个位置调节机构环绕晶圆托盘设置，用于分别沿多个水平方向推动托盘本体19，使中心托盘21的轴线与顶升机构的轴线重合。

在本发明实施例中，晶圆分离组件还用于在校准晶圆托盘位置后对晶圆托盘进行固定以及驱动晶圆托盘旋转。本发明实施例对晶圆分离组件如何固定晶圆托盘，以保证晶圆托盘的轴线与顶升机构的轴线重合不作具体限定，例如，可选地，托盘支撑机构上还设置有托盘吸附结构(包括吸盘安装架1和吸附环2)，托盘吸附结构用于在中心托盘21的轴线与顶升机构的轴线重合后吸附托盘本体19。

在本发明中，晶圆托盘与下方的托盘吸附结构之间为可脱离的连接关系，环绕晶圆托盘的多个位置调节机构能够分别从各个方向将晶圆托盘向中心推动，使晶圆托盘与晶圆传输系统的轴线对中，在对中后可通过托盘吸附结构吸附固定晶圆托盘。从而在每次半导体工艺后或者在晶圆托盘位置偏移后，可先使托盘吸附结构停止吸附晶圆托盘，通过位置调节机构自动调节晶圆托盘的位置进行对中，再重新通过托盘吸附结构吸附固定晶圆托盘，进而提高了晶圆取放精度和晶圆托盘的维护效率。

为提高不同晶圆取片时角度的一致性，优选地，如图1、图2所示，晶圆传输系统还包括旋转驱动机构10和零点检测机构，晶圆托盘上还设置有零点指示结构52，零点检测机构用于检测零点指示结构，旋转驱动机构10用于驱动托盘支撑机构旋转，并在零点检测机构检测到零点指示结构时停止。

作为本发明的一种可选实施方式，如图1、图2所示，晶圆托盘还包括定位环，定位环设置在托盘本体19的顶面上，且定位环上具有零点指示结构52。

在本发明实施例中，旋转驱动机构10能够在托盘吸附结构吸附晶圆托盘后，驱动托盘吸附结构旋转，直至定位环上的零点指示结构52被零点检测机构检测到，从而实现找零点功能，进而可以在半导体工艺前、以及在进行晶圆取放操作前，进行找零点操作，使晶圆朝向指定方向，提高了不同晶圆之间工艺的一致性。

本发明实施例对零点检测机构的结构不作具体限定，例如，可选地，如图1所示，零点检测机构包括导向轴支座49、导向轴50、支柱固定夹47和传感器46，导向轴支座49(通过紧固件，如螺钉)固定设置在托盘安装板9的一角，导向轴支座49中具有沿竖直方向延伸的导向孔，导向轴50的一端插入至导向孔中，支柱固定夹47套设在导向轴50上，传感器46通过紧固件(如，螺钉)与支柱固定夹47固定连接。

作为本发明的一种可选实施方式，如图1、图12所示，晶圆传输系统还包括机架，如图5所示，位置调节机构包括定心手指27和水平驱动部25，水平驱动部25设置在机架上，用于驱动定心手指27沿水平方向往复运动，定心手指27用于推动托盘本体19。在本发明的一些实施例中，水平驱动部25可以为气缸，多个气缸的行程所在直线均经过晶圆传输系统的轴线。

为提高调节晶圆托盘位置的安全性，优选地，如图6至图8所示，托盘本体19的侧面具有锥形定位面53，托盘本体19在锥形定位面53的外径由上至下减小，定心手指27的端部具有定位斜面54，且定位斜面54与水平面之间的夹角与锥形定位面53的母线和水平面之间的夹角相等，定心手指27通过定位斜面54与托盘本体19的锥形定位面53接触以推动托盘本体19。

在本发明实施例中，定心手指27通过定位斜面54与托盘本体19侧面的锥形定位面53接触，从而在定心手指27推动托盘本体19的过程中托盘本体19发生卡顿时，托盘本体19与定心手指27可顺着倾斜的接触面错开，使托盘本体19暂时被掀起，随后随着多个手指的进一步推动，在重力作用下重新落入多个手指之间并恢复水平状态，避免了托盘本体19卡顿时与定心手指27之间发生挤压，提高了托盘本体19结构的安全性和位置调节机构的调节精度。

为提高空间利用率，优选地，如图1、图5所示，机架包括调平安装板31、托盘安装板9和多根支撑柱30，调平安装板31用于与待设置晶圆传输系统的平台59(如，工艺腔室的底壁)固定连接，调平安装板31的顶面通过多根支撑柱30与托盘安装板9固定连接，托盘吸附结构设置在托盘安装板9的顶面，多个水平驱动部25设置在托盘安装板9的底面。

在本发明实施例中，机架包括浮空设置的托盘安装板9，托盘吸附结构及晶圆托盘均设置在托盘安装板9的上方，而水平驱动部25设置在托盘安装板9的下方，从而将水平驱动部25沿水平方向活动所需的空间与托盘上下重叠，节约了晶圆传输系统所需的横向空间。

本发明实施例对位置调节机构的数量不做具体限定，例如，可选地，如图7所示，晶圆传输系统可以包括3个位置调节机构。为合理设置位置调节机构的位置，优选地，如图1所示，托盘安装板9的形状为六边形，三个水平驱动部25分别对应设置在托盘安装板9的一条边位置，且水平驱动部25的行程方向与托盘安装板9的对应边垂直。

为保证晶圆托盘的水平度，优选地，如图1所示，调平安装板31通过调整螺栓32和螺钉(图未示)可调节地设置在平台59上，在将调平安装板31设置在平台59上时，先通过调整螺栓32将调平安装板31调平(使调平安装板31平行于水平面)后将调整螺栓32上的锁紧螺母(33)锁紧，随后将用于连接平台59和调平安装板31的螺钉拧紧。

本发明实施例对支撑柱30的结构不作具体限定，例如，可选地，如图1所示，支撑柱30可以为一端具有外螺纹段、另一端端面上具有螺纹孔的六角支柱，在安装机架时，先将4个支撑柱30的外螺纹段一端拧入调平安装板31上的螺纹孔中，再通过螺钉将4个支撑柱30的另一端与托盘安装板9紧固连接。

本发明实施例对定心手指27的结构不作具体限定，例如，可选地，如图8所示，定心手指27包括竖板71和手指部72，竖板71呈倒置的漏斗状，包括由下至上依次相互连接的连接段、过渡段和传动段。其中，连接段用于(通过紧固件)与气缸的输出轴固定连接，过渡段的下端宽度与连接段宽度对应，上端宽度与传动段的宽度对应，传动段的宽度小于连接段的宽度。传动段的上端具有与竖板71垂直的手指安装面，手指部72的一端(通过紧固件)与手指安装面固定连接，另一端用于与托盘本体19的侧边接触。

本发明实施例对托盘吸附结构的结构不做具体限定，例如，托盘吸附结构可包括多个吸盘，通过吸盘接触托盘本体19的底面并进行吸附。

为进一步提高晶圆托盘的对中精度，优选地，如图10所示，托盘吸附结构的顶部具有用于与托盘本体19的底面接触的环形吸附面，环形吸附面上形成有至少一个吸附槽22，托盘吸附结构、托盘支撑机构和顶升机构的内部形成有吸气通路，且吸气通路在环形吸附面上形成有至少一个吸气口223，吸气通路用于在环形吸附面与托盘本体19的底面接触时，抽出吸附槽22中的气体，以吸附托盘本体19。

在本发明实施例中，托盘吸附结构通过顶部的平面(环形吸附面)与托盘本体19的底面接触，通过环形吸附面上的凹槽形成吸盘结构，通过吸气通路抽气形成负压进行吸附，在非吸附时间托盘吸附结构与托盘本体19之间可沿接触面水平滑动，从而降低了晶圆托盘对中过程中的阻力，提高了位置调节机构调节晶圆托盘位置的精确性。

为提高托盘吸附结构吸附托盘本体19底面的精确性，优选地，如图10所示，环形吸附面上形成有多个吸附槽22和与多个吸附槽22一一对应连通的多个吸气口223，多个吸附槽22周向均匀分布。本发明实施例对吸附槽22的数量不做具体限定，例如，可选地，如图10所示，环形吸附面上可以形成有6个吸附槽22。

为进一步提高托盘吸附结构吸附托盘本体19底面的精确性，优选地，如图10所示，吸附槽22包括连接槽224和多个弧形槽222，弧形槽222沿环形吸附面的周向延伸，连接槽224沿环形吸附面的径向延伸，多个弧形槽222之间径向间隔设置，每个吸气口223通过对应的连接槽224与对应的多个弧形槽222连接。本发明实施例对每个吸附槽22所包含的弧形槽222的数量不做具体限定，例如，可选地，如图10所示，每个吸附槽22可以包含3个弧形槽222。

为提高空间利用效率，优选地，如图12所示，顶升机构包括驱动源11、分配轴38、导向杆39和顶升件，分配轴38的内部形成有沿竖直方向延伸的导向孔，导向杆39设置在导向孔中，顶升件与导向杆39的顶端固定连接，驱动源11用于驱动导向杆39沿导向孔往复运动，以使顶升件顶起中心托盘21，或将中心托盘21放下。

为保证中心托盘21的水平度和对位精确性，优选地，如图12所示，驱动源11的驱动轴的顶端为平面(111)，导向杆39的底端为半球面(391)，驱动源11通过驱动轴顶端的平面111与导向杆39底端的半球面391接触并驱动导向杆39沿导向孔往复运动。

在本发明实施例中，驱动源11通过驱动轴顶端的平面111与导向杆39底端的半球面391接触，从而可以保证驱动源11始终向导向杆39施加向上的力，即使驱动源11的驱动轴的传动方向与竖直方向之间出现偏差也可确保导向杆39沿竖直方向运动，进而保证了中心托盘21的水平度和对位精确性。可选地，驱动源11可包括升降电机。

本发明实施例对导向杆39向上的一端如何向中心托盘21施加抬升力不作具体限定，例如，为提高顶升件与中心托盘21之间接触受力的均匀性以及中心托盘21的稳定性，优选地，如图12所示，顶升件包括定位板40和多个顶升柱16，多个顶升柱16均匀地设置在定位板40的顶面上，顶升柱16的顶端设置有用于与中心托盘21的底部接触的顶升台，定位板40的底面与导向杆39的顶端固定连接。

本发明实施例对定位板40的形状和顶升柱16的数量不作具体限定，例如，作为一种易于实现且结构稳定的实施方式，如图12所示，顶升件包括3个顶升柱16，定位板40的形状为(近似)正三角形，3个顶升柱16分别设置在定位板40的一角。

在本发明实施例中，顶升件通过均匀设置的多个顶升柱16与中心托盘21的底面接触，且顶升柱16的顶部具有扁平状的顶升台，增大了各顶升柱16与中心托盘21的接触面积，提高了中心托盘21的稳定性。

本发明实施例对顶升台的形状不作具体限定，只要顶升台具有能够与中心托盘21的底面稳定接触的表面即可，例如，可选地，顶升台的形状为圆柱体，顶升台的外径大于顶升柱16的外径，且顶升台的顶面形成为用于与中心托盘21的底面接触的圆形接触面。

在进行半导体工艺前，先由驱动源11驱动导向杆39向上运动，使导向杆39上固定的顶升柱16向上顶起中心托盘21，待工艺前晶圆被放置在中心托盘21上后，驱动源11将导向杆39放下，使顶升柱16下落并脱离中心托盘21，中心托盘21重新落入托盘孔中，晶圆进入托盘本体19上的定位凹槽51中。在半导体工艺完成后，驱动源11再驱动导向杆39和顶升柱16向上运动，并顶起中心托盘21及其上的工艺后晶圆。工艺后晶圆被取走、下一片工艺前晶圆被放置在中心托盘21上后，驱动源11再次将导向杆39放下，开始下一轮工艺。

本发明实施例对顶升柱16、定位板40和导向杆39之间如何固定连接不作具体限定，例如，可选地，如图12所示，顶升柱16、定位板40和导向杆39之间可通过紧固件(如，螺钉)连接。具体地，顶升柱16柱状部的底部以及导向杆39顶端的端面上均形成有螺纹孔，多个螺钉分别依次穿过定位板40上的圆孔和对应的顶升柱16的柱状部上的螺纹孔，以将多个顶升柱16固定在定位板40上。同样地，定位板40通过依次穿过定位板40中心的圆孔和导向杆39顶端螺纹孔的紧固件与导向杆39固定连接。

为便于由晶圆托盘下方顶起中心托盘21，优选地，如图9所示，托盘吸附结构包括吸盘安装架1和设置在吸盘安装架1顶部的吸附环2，吸附环2的顶面形成为环形吸附面，吸附环2的底面与吸盘安装架1固定连接，吸气通路形成在吸盘安装架1、分配轴38和吸附环2中。

在本发明实施例中，托盘吸附结构通过吸附环2上的环形吸附面与托盘本体19的底部接触，从而可以在吸附环2环绕的区域内设置用于顶起中心托盘21的结构。

本发明实施例对吸盘安装架1和分配轴38内部的吸气通路结构不作具体限定，例如，可选地，如图9、图12、图13所示，分配轴38包括相互连接的走气段381和尾段382，走气段381的外径大于尾段382的外径，吸盘安装架1的底部与旋转驱动机构10固定连接，顶部与吸附环2连接。

吸气通路包括形成在吸附环2中的多个第一竖孔、形成在吸盘安装架1中的多个第二竖孔与多个第一横孔、以及形成在分配轴38的走气段381中的多个第二横孔383与多个第三竖孔384。第一竖孔的第一端在吸附环2的环形吸附面上形成为吸气口223，第二端沿竖直方向贯穿至吸附环2的底面并与对应的第二竖孔在吸盘安装架1顶部形成的开口对接，第二竖孔向下延伸并与对应的第一横孔连通。为便于加工，优选地，第一横孔为由吸盘安装架1的外侧向内延伸的通孔，第一横孔向外的一端密封，向内的一端与走气段381中对应的第二横孔383对接连通，第二横孔383为由外向内的盲孔，第三竖孔384的一端与对应的第二横孔383连通，另一端延伸至走气段381与尾段382之间的台阶，并在该台阶上形成抽气孔。

本发明实施例对如何通过吸气通路抽气并吸附托盘本体19不作具体限定，例如，可选地，晶圆传输系统还包括抽气组件(图未示)，旋转驱动机构10内部具有密闭的抽气腔，该抽气组件用于通过抽气腔抽取吸气通路中的气体，以使吸气通路和吸附槽22中形成负压，实现吸附托盘本体19(图9中箭头所示为气流在吸气通路中的流向)。

为提高吸气通路的气密性，优选地，如图9所示，吸附环2与吸盘安装架1的接触面之间、以及吸盘安装架1与分配轴38的接触面之间均通过密封圈进行密封。

本发明实施例对吸附环2如何与吸盘安装架1固定连接不作具体限定，例如，可选地，吸附环2可通过紧固件与吸盘安装架1固定连接。具体地，如图10所示，吸附环2上形成有多个沿竖直方向贯穿吸附环2的圆孔，吸盘安装架1在对应位置形成有多个螺纹孔，多个螺钉221依次穿过对应的圆孔和螺纹孔，将吸附环2固定在吸盘安装架1上。

作为本发明的第二个方面，提供一种半导体工艺设备，该半导体工艺设备包括本发明实施例提供的晶圆传输系统。

在本发明提供的半导体工艺设备中，晶圆托盘包括托盘本体19和中心托盘21，晶圆分离组件的顶升机构可驱动中心托盘21升降，以使中心托盘21顶起晶圆托盘上的晶圆或将晶圆放下，托盘本体19可在中心托盘21及升降的过程中保持静止，从而可以在不影响晶圆托盘位置精度的同时进行晶圆取放，节约了对晶圆托盘的轴线位置进行频繁校准的时间，进而提高了晶圆取放精度和半导体工艺效率。

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。