一种晶圆运输系统及晶圆运输方法与流程

1.本发明涉及晶圆运输技术领域，具体而言，涉及一种晶圆运输系统及晶圆运输方法。


背景技术：

2.晶圆是指制作硅半导体电路所用的硅晶片，其原始材料是硅。高纯度的多晶硅溶解后掺入硅晶体晶种，然后慢慢拉出，形成圆柱形的单晶硅。硅晶棒在经过研磨、抛光、切片后，形成硅晶圆片，也就是晶圆。
3.现有运输晶圆的机械臂均为单层机械臂结构，单次仅能实现单取或单放，运输效率较低，对产能要求较高的工厂来说，此种模式很大程度上影响产能。


技术实现要素：

4.本发明的目的包括，例如，提供了一种晶圆运输系统，其能够在一定程度上提升运输效率，进而提升晶圆的产能。
5.本发明的目的还包括，提供了一种晶圆运输方法，其能够在一定程度上提升运输效率，进而提升晶圆的产能。
6.本发明的实施例可以这样实现：本发明的实施例提供了一种晶圆运输系统，其包括半导体设备、晶圆承载平台以及机械手臂，所述半导体设备包括相连通的传送腔室和工艺腔室，所述机械手臂用于将晶圆在所述晶圆承载平台和所述工艺腔室之间运输；所述机械手臂包括支撑臂、主转动臂、上转动臂、下转动臂、上承托板、下承托板、升降机构、第一驱动件和两个第二驱动件；所述升降机构设置于所述传送腔室内并与所述支撑臂相连接，用于驱使所述支撑臂升降；所述第一驱动件设置于支撑臂上并与所述主转动臂相连接，以驱动所述主转动臂转动；两个所述第二驱动件均设置于所述主转动臂上且分别与所述上转动臂和所述下转动臂相连接，两个所述第二驱动件分别用于驱动所述上转动臂和所述下转动臂转动；所述上承托板与所述上转动臂相连接，所述下承托板与所述下转动臂相连接，所述上承托板和所述下承托板均用于承托晶圆。
7.可选的，所述主转动臂的转动平面、所述上转动臂的转动平面以及所述下转动臂的转动平面均与水平面相平行。
8.可选的，所述晶圆承载平台上沿竖向设置有上层晶圆放置平台和下层晶圆放置平台，所述上层晶圆放置平台用于放置已加工晶圆，所述下层晶圆放置平台用于放置待加工晶圆；所述上承托板和所述下承托板之间的间距等于所述上层晶圆放置平台和所述下层晶圆放置平台的间距。
9.可选的，所述上承托板和所述下承托板上均设置有弧形定位槽，所述弧形定位槽用于与所述晶圆的外缘相重叠。
10.可选的，还包括上延伸臂和下延伸臂，所述上延伸臂连接于所述上转动臂和所述
上承托板之间，所述下延伸臂连接于所述下转动臂和所述下承托板之间。
11.可选的，所述上延伸臂与所述上转动臂、所述上承托板之间均可拆卸地连接，所述下延伸臂与所述下转动臂、所述下承托板之间均可拆卸地连接。
12.可选的，所述主转动臂、所述上转动臂、所述下转动臂均为腰型转动臂。
13.本发明的实施例还提供了一种晶圆运输方法，应用于上述的晶圆运输系统，所述晶圆运输方法包括：利用第一驱动件驱使所述主转动臂转动，利用第二驱动件驱使所述上转动臂和所述下转动臂转动，以使所述上承托板转动至所述工艺腔室内承托已加工晶圆、承托有待加工晶圆的所述下承托板转动至所述工艺腔室外等待放置待加工晶圆；利用第二驱动件驱使所述上转动臂相对所述主转动臂转动，以使所述上承托板转动至所述工艺腔室外，并利用所述升降机构控制所述主转动臂上升，以及利用第二驱动件驱使所述下转动臂转动，以使所述下承托板移动至所述工艺腔室内并将待加工晶圆放置于所述工艺腔室内；利用第一驱动件驱使所述主转动臂转动，利用第二驱动件驱使所述上转动臂和所述下转动臂转动，并利用所述升降机构控制所述主转动臂下降，以使所述上承托板移动至所述晶圆承载平台上放置已加工晶圆、所述下承托板从所述工艺腔室内移动至所述晶圆承载平台承托待加工晶圆。
14.可选的，所述利用所述升降机构控制所述主转动臂上升，以及利用所述第二驱动件驱使所述下转动臂转动，以使所述下承托板移动至所述工艺腔室内并将待加工晶圆放置于所述工艺腔室内的步骤包括：利用所述升降机构控制所述主转动臂上升预设距离，并利用所述第二驱动件驱使所述下转动臂转动，直至所述下承托板将待加工晶圆放置于所述工艺腔室内，其中，预设距离为所述上转动臂和所述下转动臂之间的间距。
15.可选的，所述利用所述升降机构控制所述主转动臂下降，以使所述上承托板移动至所述晶圆承载平台上放置已加工晶圆、所述下承托板从所述工艺腔室内移动至所述晶圆承载平台承托待加工晶圆的步骤包括：利用所述升降机构控制所述主转动臂下降预设距离，所述上承托板将已加工晶圆放置于所述晶圆承载平台上，所述下承托板从所述晶圆承载平台上承托待加工晶圆，其中，预设距离为所述上转动臂和所述下转动臂之间的间距。
16.可选的，在利用第一驱动件驱使所述主转动臂转动，并利用第二驱动件驱使所述上转动臂和所述下转动臂转动，以使所述上承托板转动至所述工艺腔室内承托已加工晶圆、承托有待加工晶圆的所述下承托板转动至所述工艺腔室外等待放置待加工晶圆步骤之前，还包括：在所述晶圆承载平台内全部为待加工晶圆时，利用所述第二驱动件驱使所述上转动臂和所述下转动臂转动，以使所述上承托板和所述下承托板均移动至所述晶圆承载平台分别承托两片待加工晶圆；再利用第一驱动件驱使所述主转动臂转动，且利用所述第二驱动件驱使所述上转动臂和所述下转动臂转动，以使所述上承托板承载的晶圆运输至所述工艺腔室内、所述下承托板在工艺腔室外等待。
17.本发明实施例的晶圆运输系统及晶圆运输方法的有益效果包括，例如：在运输晶
圆的过程中，利用第一驱动件驱使主转动臂转动，利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂和下转动臂转动，直至上承托板转动至工艺腔室内承托已加工晶圆、承托有待加工晶圆的下承托板从晶圆承载平台并转动至工艺腔室内等待放置待加工晶圆；随后利用第二驱动件驱使上转动臂相对主转动臂转动，使上承托板转动至工艺腔室外，通过升降机构控制主转动臂上升，下承托板同步上升并将待加工晶圆放置于工艺腔室内；随后利用第一驱动件驱使主转动臂转动，利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂和下转动臂转动，并利用升降机构控制所述主转动臂下降，以使上承托板转动至晶圆承载平台上放置已加工晶圆、下承托板从工艺腔室内转动至晶圆承载平台承托待加工晶圆；循环执行上述步骤，便实现了晶圆在晶圆承载平台和工艺腔室之间快速运输，这就大大缩短了晶圆运输的时间，提升了晶圆运输的效率，进而提升了晶圆的产能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术实施例中机械手臂的结构示意图；图2为本技术实施例中用于展示机械手臂从工艺腔室内承托已加工晶圆并等待放置待加工晶圆的状态示意图；图3为本技术实施例中用于展示机械手臂从工艺腔室内取出已加工晶圆并将待加工晶圆放置于工艺腔室内的状态示意图；图4为本技术实施例中用于展示机械手臂将已加工晶圆放置于晶圆承载平台并从晶圆承载平台拿取待加工晶圆的状态示意图；图5为本技术实施例中晶圆运输方法的流程图。
20.图标：100-机械手臂；110-主转动臂；111-第一弧形连接部；112-第二弧形连接部；120-上转动臂；121-第三弧形连接部；122-第四弧形连接部；130-下转动臂；140-上延伸臂；150-下延伸臂；160-上承托板；161-弧形定位槽；170-下承托板；180-支撑臂；200-晶圆承载平台；210-上层晶圆放置平台；220-下层晶圆放置平台；300-工艺腔室；310-加工平台。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
22.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一
个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
26.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
27.本技术的发明人发现，现有运输晶圆的机械臂均为单层机械臂结构，单次仅能实现单取或单放，运输效率较低，对产能要求较高的工厂来说，此种模式很大程度上影响产能。本实施例提供了一种晶圆运输系统，至少用于解决上述的技术问题。
28.请参考图1-图4，本实施提供的晶圆运输系统包括半导体设备、晶圆承载平台200以及机械手臂100，半导体设备包括相连通的传送腔室（图中未示出）和工艺腔室300，机械手臂100用于将晶圆在晶圆承载平台200和工艺腔室300之间运输；机械手臂100包括支撑臂180、主转动臂110、上转动臂120、下转动臂130、上承托板160、下承托板170、升降机构（图中未示出）、第一驱动件（图中未示出）和两个第二驱动件（图中未示出）；升降机构设置于传送腔室内并与支撑臂180相连接，用于驱使支撑臂180升降；第一驱动件设置于支撑臂180上并与主转动臂110相连接，以驱动主转动臂110转动；两个第二驱动件均设置于主转动臂110上且分别与上转动臂120和下转动臂130相连接，两个第二驱动件分别用于驱动上转动臂120和下转动臂130转动；上承托板160与上转动臂120相连接，下承托板170与下转动臂130相连接，上承托板160和下承托板170均用于承托晶圆。
29.需要指出的是，晶圆承载平台200用于承载待加工的晶圆，传送腔室位于晶圆承载平台200和工艺腔室300之间，设置于传送腔室内的机械手臂100用于将晶圆承载平台200上的待加工的晶圆运输至工艺腔室300内进行加工，并且用于将工艺腔室300内已加工晶圆运输至晶圆承载平台200上存放。主转动臂110的转动平面、上转动臂120的转动平面以及下转动臂130的转动平面均与水平面相平行。
30.在可选的实施方式中，支撑臂180为柱状支撑臂180，支撑臂180与主转动臂110相垂直，主转动臂110可转动地与支撑臂180相连接，第一驱动件用于驱动主转动臂110相对支撑臂180转动，提升机械手臂100的灵活性。第一驱动件为电机，该电机与外部的控制器电连接，用于控制主转动臂110相对支撑臂180转动。升降机构包括升降气缸，升降气缸设置于传送腔室内，升降气缸与支撑臂180相连接，用于驱动支撑臂180升降。
31.在支撑臂180升降的过程中，主转动臂110、上转动臂120、下转动臂130、上延伸臂140、下延伸臂150、上承托板160和下承托板170同步升降，能够对晶圆起到升降的作用，更便于晶圆的取放。
32.在运输晶圆的过程中，利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂120和下转动臂130转动，直至上承托板160转动至工艺腔室300内承托已加工晶圆、承托有已从晶圆承载平台200取出的待加工晶圆的下承托板170转动至工艺腔室300的附近处等待放置待加工晶圆；随后利用第二驱动件驱使上转动臂120相对主转动臂110转动，使上承托板160转动至工艺腔室300外，通过升降机构控制主转动臂110上升，下承
托板170同步上升并将待加工晶圆放置于工艺腔室300内；随后利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂120和下转动臂130转动，并利用升降机构控制所述主转动臂110下降，以使上承托板160转动至晶圆承载平台200上放置已加工晶圆、下承托板170从工艺腔室300内转动至晶圆承载平台200承托待加工晶圆。循环执行上述步骤，便实现了晶圆在晶圆承载平台200和工艺腔室300之间快速运输，相比于仅能实现单次单取或单放的单层机械臂结构，这就大大缩短了晶圆运输的时间，提升了晶圆运输的效率，进而提升了晶圆的产能。
33.在可选的实施方式中，晶圆承载平台200上开始时均放置待加工晶圆，晶圆承载平台200上由上至下依次设置有多个晶圆放置平台，然后沿竖向从上至下顺序进行取出加工，加工完毕后放置取出时对应的位置，即沿竖向从上至下设置有上层晶圆放置平台210和下层晶圆放置平台220，上层晶圆放置平台210用于放置已加工晶圆，下层晶圆放置平台220用于放置待加工晶圆；上承托板160和下承托板170之间的间距等于上层晶圆放置平台210和下层晶圆放置平台220的间距。
34.上层晶圆放置平台210和下层晶圆放置平台220可以是两个具有高度差的放置平台，上层晶圆放置平台210和下层晶圆放置平台220是具有动态变化关系的两个平台。例如，由上至下第三层晶圆放置平台放置已加工晶圆、第四层晶圆放置平台放置代加工晶圆，此时第三层晶圆放置平台为上层晶圆放置平台210，第四层晶圆放置平台为下层晶圆放置平台220；而当第四层晶圆放置平台放置已加工晶圆、第五层晶圆放置平台放置代加工晶圆，此时第四层晶圆放置平台为上层晶圆放置平台210，第五层晶圆放置平台为下层晶圆放置平台220；以此类推。
35.在上承托板160从工艺腔室300内承托已加工晶圆后，将上承托板160和下承托板170分别移动至与上层晶圆放置平台210和下层晶圆放置平台220相正对，上承托板160便能够将已加工晶圆放置于上层晶圆放置平台210，同时下承托板170能够从下层晶圆放置平台220承托待加工晶圆。这样，在将已加工后的晶圆放置于上层晶圆放置平台210时，不用驱动主转动臂110上升或下降，直接驱动下转动臂130即可从下层晶圆放置平台220承托待加工晶圆，进一步提升了运输效率。
36.在可选的实施方式中，工艺腔室300内设置有加工平台310，加工平台310上用于放置待加工晶圆进行加工。
37.在可选的实施方式中，上承托板160和下承托板170上均设置有弧形定位槽161，该弧形定位槽161用于与晶圆的外缘相重叠。
38.可选的，弧形定位槽161的数量包括多个，多个弧形定位槽161依次设置，弧形定位槽161的形状与晶圆的外缘形状匹配。
39.在承托板承接晶圆时，可以使晶圆的外缘与弧形定位槽161相重叠，从而便于对晶圆进行定位，而依次设置多个弧形定位槽161，是为了满足不同尺寸的晶圆的需要，对于不同尺寸的晶圆，选择与晶圆的尺寸相匹配的弧形定位槽161对晶圆进行定位。
40.在可选的实施方式中，主转动臂110和上转动臂120、下转动臂130均为腰型转动臂。
41.需要指出的是，主转动臂110具有两个相对的第一弧形连接部111和第二弧形连接部112，上转动臂120和下转动臂130均具有两个相对的第三弧形连接部121和第四弧形连接
部122；第一弧形连接部111转动设置于传送腔室内，上转动臂120和下转动臂130的第三弧形连接部121均与第二弧形连接部112可转动地连接，上转动臂120和下转动臂130的第四弧形连接部122分别与上承托板160和下承托板170相连接；两个第二驱动件均设置于主转动臂110上，分别用于驱动上转动臂120和下转动臂130转动，两个第二驱动件均为电机，该两个电机均与外部的控制器电连接，分别用于驱动上转动臂120和下转动臂130相对主转动臂110转动。该结构使得上转动臂120和下转动臂130可以独立相对于主转动臂110旋转，旋转半径减小且长度可以自由设计，可以使得晶圆承载平台200和工艺腔室300传输晶圆的窗口尺寸尽量减少，进而使整体结构更加紧凑，且上转动臂120和下转动臂130可直接以旋入的方式通过晶圆承载平台200的传输窗口和工艺腔室300的传输窗口以便更快地在晶圆承载平台200内和工艺腔室300内取放晶圆，而不用驱动支撑臂180横向运动以取放晶圆。
42.在可选的实施方式中，晶圆运输系统还包括上延伸臂140和下延伸臂150，上延伸臂140连接于上转动臂120和上承托板160之间，下延伸臂150连接于下转动臂130和下承托板170之间。
43.通过设置上延伸臂140和下延伸臂150，上延伸臂140连接于上转动臂120和上承托板160之间，下延伸臂150连接于下转动臂130和下承托板170之间，能够提升整个机械手臂100的长度，进而提升晶圆的传输距离。
44.在可选的实施方式中，上延伸臂140与上转动臂120、上承托板160之间均可拆卸地连接，下延伸臂150与下转动臂130、下承托板170之间均可拆卸地连接。
45.需要指出的是，上延伸臂140与上转动臂120之间、上延伸臂140与上承托板160之间均通过螺栓连接，下延伸臂150与下转动臂130之间、下延伸臂150与下承托板170之间均通过螺栓连接，便于对上延伸臂140与上转动臂120之间、上延伸臂140与上承托板160之间、下延伸臂150与下转动臂130之间、下延伸臂150与下承托板170之间进行拆卸和安装。
46.进一步地，在晶圆承载平台200内全部为待加工晶圆时，首先驱动上承托板160和下承托板170同时取出两片待加工晶圆，并驱动上承托板160承载的晶圆运输至工艺腔室300内进行加工，下承托板170等候。这样使得整个运输过程更加顺畅，传输效率更高。
47.另外，请参阅图5，本实施例还提供了一种晶圆运输方法，应用于上述的晶圆运输系统，该运输方法包括：步骤s100、利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，利用第二驱动件驱使上转动臂120和下转动臂130转动，以使上承托板160转动至工艺腔室300内承托已加工晶圆、承托有待加工晶圆的下承托板170转动至工艺腔室300外等待放置待加工晶圆。
48.此步骤中，利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，并利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂120和下转动臂130转动，使得上承托板160转动至工艺腔室300内并从加工平台310上承托已加工晶圆，且将承托有待加工晶圆的下承托板170转动至工艺腔室300外等待放置待加工晶圆。
49.步骤s200、利用第二驱动件驱使上转动臂120相对主转动臂110转动，以使上承托板160转动至工艺腔室300外，并利用升降机构控制主转动臂110上升，以及利用第二驱动件驱使所述下转动臂130转动，以使下承托板170移动至所述工艺腔室300内并将待加工晶圆放置于工艺腔室300内。
50.此步骤中，先利用匹配上转动臂120的第二驱动件驱使上转动臂120相对主转动臂
110转动，将上承托板160转动至工艺腔室300外，取出已加工晶圆；随后利用升降机构控制主转动臂110上升，并利用匹配下转动臂130的第二驱动件驱使下转动臂130转动，带动下承托板170移动至工艺腔室300内的加工平台310的位置并将待加工晶圆放置于加工平台310上。
51.进一步的，步骤s200包括：子步骤s210、利用升降机构控制主转动臂110上升预设距离，并利用第二驱动件驱使下转动臂130转动，直至下承托板170将待加工晶圆放置于工艺腔室300内，其中，预设距离为上承托板160和下承托板170之间的间距。
52.此步骤中，在上承托板160取出已加工晶圆后，利用升降机构控制主转动臂110上升预设距离，随后利用匹配下转动臂130的第二驱动件驱使下转动臂130转动，使得下承托板170移动至工艺腔室300内并与加工平台310正对，下承托板170便能够将待加工晶圆放置于加工平台310上。
53.步骤s300、利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，利用第二驱动件驱使上转动臂120和下转动臂130转动，并利用升降机构控制主转动臂110下降，以使上承托板160移动至晶圆承载平台200上放置已加工晶圆、下承托板170从工艺腔室300内移动至晶圆承载平台200承托待加工晶圆。
54.此步骤中，利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂120和下转动臂130转动，并利用升降机构控制主转动臂110下降，直至上承托板160与上层晶圆放置平台210正对，下承托板170与下层晶圆放置平台220正对，上承托板160将已加工晶圆放置于上层晶圆放置平台210上，下承托板170从下层晶圆放置平台220上承托待加工晶圆。
55.进一步的，步骤s300包括：子步骤s310、利用升降机构控制主转动臂110下降预设距离，上承托板160将已加工晶圆放置于晶圆承载平台200上，下承托板170从晶圆承载平台200上承托待加工晶圆，其中，预设距离为上承托板160和下承托板170之间的间距。
56.此步骤中，在利用第一驱动件驱使主转动臂110转动，并利用两个第二驱动件分别驱使上转动臂120和下转动臂130转动，使得上承托板160和下承托板170均朝向晶圆承载平台200后，利用升降机构控制主转动臂110下降预设距离，使得上承托板160与上层晶圆放置平台210正对，下承托板170与下层晶圆放置平台220正对，上承托板160便能够将已加工晶圆放置于上层晶圆放置平台210上，同时下承托板170便能够从下层晶圆放置平台220上承托新的待加工晶圆。
57.在可选的实施方式中，循环步骤s100至步骤s300。通过循环步骤s100至步骤s300，实现持续且高效的晶圆运输流程。
58.另外，在步骤s100之前，还包括：步骤s400、在所述晶圆承载平台200内全部为待加工晶圆时，利用所述第二驱动件驱使所述上转动臂120和所述下转动臂130转动，以使所述上承托板160和所述下承托板170均移动至所述晶圆承载平台200分别承托两片待加工晶圆；再利用第一驱动件驱使所述主转动臂110转动，且利用所述第二驱动件驱使所述上转动臂120和所述下转动臂130转动，以使所述上承托板160承载的晶圆运输至所述工艺腔室300内、所述下承托板170在工艺腔室
300外等待。
59.需要说明的是，在晶圆承载平台200内全部为待加工晶圆时，首先驱动上承托板160和下承托板170同时取出两片待加工晶圆，并驱动上承托板160承载的晶圆运输至工艺腔室300内进行加工，下承托板170在工艺腔室300外等候。这样使得整个运输过程更加顺畅，传输效率更高。
60.综上所述，本发明实施例提供了一种晶圆运输系统及晶圆运输方法，通过设置可转动的转动臂以及分别用于承载已加工晶圆和待加工晶圆的上承托板160和下承托板170，当转动臂转动至晶圆承载平台200时，上承托板160放置已加工晶圆，同时下承托板170承托待加工晶圆，实现同取同放；而当转动臂转动至工艺腔室300时，利用上承托板160取出已加工晶圆后提升并转动下承托板170便能够放置待加工晶圆，这就大大缩短了晶圆运输的时间，提升了晶圆运输的效率，进而提升了晶圆的产能。
61.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。