CN119050030A - 工件更换系统、工件更换方法及半导体工艺处理设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种工件更换系统、工件更换方法及半导体工艺处理设备。工件更换系统用于更换由半导体工艺处理设备处理的工件，半导体工艺处理设备包括处理腔室，位于处理腔室中的支撑座，和能够在处理腔室中移动的顶针。工件更换系统包括工件卸除装置和机械臂。工件卸除装置设置在半导体工艺处理设备上，在已处理工件被顶针移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件。机械臂将待处理工件运送至处理腔室中的同时，将已处理工件从工件卸除装置卸下并运送出处理腔室。工件更换系统将两次进出处理腔室更换工件合并成机械臂一次进出处理腔室更换工件，大幅缩小换片过程，压缩热处理工序总时间，进而提高晶圆产能。

Description

工件更换系统、工件更换方法及半导体工艺处理设备

技术领域

本公开的示例性实施例总体涉及半导体制造领域，尤其涉及工件更换系统、工件更换方法及半导体工艺处理设备。

背景技术

在晶圆的处理工艺，例如热处理工艺中，需要使空载机械臂进入腔室将加工后的晶圆取出，之后再次将机械臂上待加工晶圆放入腔室内进行处理，而两次换片时间较长会导致工艺总时间被不期望地延长。

发明内容

在本公开的第一方面中，提供了一种工件更换系统，用于更换由半导体工艺处理设备处理的工件，半导体工艺处理设备包括：处理腔室；支撑座，位于处理腔室中用于支撑工件；和顶针，被配置为能够在处理腔室中移动以使工件朝向或远离支撑座移位；工件更换系统包括：工件卸除装置，设置在半导体工艺处理设备上，且被配置为在已处理工件被顶针移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件；和机械臂，被配置为在将待处理工件运送至处理腔室中的同时，将已处理工件从工件卸除装置卸下并运送出处理腔室。

工件更换系统将两次进出处理腔室更换工件合并成机械臂一次进出处理腔室更换工件，大幅缩小换片过程，压缩热处理工序总时间，进而提高晶圆产能。

在一些实施方式中，工件卸除装置包括多个工件卸除机构，每个工件卸除机构包括固定的基部和可动的伸缩部，伸缩部相对于基部在初始位置和卸除位置之间移动，伸缩部的第一端与基部耦接，伸缩部的第二端包括抓取部，在伸缩部处于卸除位置时，抓取部抓取并保持已处理工件。

在一些实施方式中，工件卸除机构是气动的，基部内形成气体通道。当向气体通道内输送气体时，伸缩部朝向卸除位置移动，以及当气体通道内不存在气体或从气体通道中抽出气体时，伸缩部朝向初始位置移动。

在一些实施方式中，工件卸除机构的基部的端部形成基部限位部，抓取部的面向基部的表面包括第一限位部，伸缩部的第一端包括第二限位部。当伸缩部位于初始位置时，第一限位部抵靠基部限位部，以及当伸缩部位于卸除位置时，第二限位部抵靠基部限位部。

在一些实施方式中，工件卸除机构是电动的，基部包括电动机，伸缩部包括调节部，调节部被配置为调节抓取部的移位距离和旋转角度中的任一者。

在一些实施方式中，伸缩部包括位于调节部和抓取部之间的密封套，密封件被设置在密封套与处理腔室的壁之间，以将调节部和电动机密封地隔离在处理腔室之外。

在一些实施方式中，工件卸除机构还包括架，架被配置在调节部的外部且位于处理腔室与电动机之间。

在一些实施方式中，多个工件卸除机构包括三个或四个均布的工件卸除机构。

在一些实施方式中，机械臂包括一个机械臂，一个机械臂包括第一工件托盘和第二工件托盘，第一工件托盘用于承载已处理工件，第二工件托盘用于承载待处理工件。

在一些实施方式中，机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂包括用于承载已处理工件的工件托盘，第二机械臂包括用于承载待处理工件的工件托盘。

在本公开的第二方面中，提供了一种工件更换方法，适于利用上述任一实施方式中的工件更换系统更换由半导体工艺处理设备处理的工件，工件更换方法包括卸除已处理工件和安置待处理工件，卸除已处理工件和安置待处理工件由机械臂一次进入半导体工艺处理设备的处理腔室完成。

在一些实施方式中，卸除已处理工件包括：在半导体工艺结束时，停止旋转已处理工件；在已处理工件停止旋转时，半导体工艺处理设备的顶针向上移动至第一位置，第一位置位于已处理工件下方与已处理工件相距第一距离；顶针向上移动并托起已处理工件移动至第二位置，第二位置位于工件卸除位置上方与工件卸除位置相距第二距离；在顶针自第一位置移动至第二位置的过程中，工件卸除装置移动至工件卸除位置；顶针自第二位置向下朝工件卸除位置移动，当顶针移动至工件卸除位置时，工件卸除装置抓取已处理工件并将已处理工件保持在工件卸除位置。

在一些实施方式中，在半导体工艺实施过程中，待处理工件被放置到机械臂上。机械臂携带待处理工件移动至位于处理腔室外部的腔室外等待位。

在一些实施方式中，在半导体工艺结束的同时，处理腔室的工件进出口被打开。机械臂携带待处理工件移动至位于处理腔室内部的腔室内等待位。

在一些实施方式中，在机械臂移动至腔室内等待位之前，确定工件进出口是否打开到位。

在一些实施方式中，安置待处理工件包括顶针自工件卸除位置向下移动至待处理工件安置等待位。机械臂以第一速度向上移动至工件卸除位置上方与工件卸除位置相距第三距离的同时，顶针以大于第一速度的第二速度向上移动至由机械臂携带的待处理工件所在位置并托起待处理工件脱离机械臂。

在一些实施方式中，安置待处理工件包括顶针移动待处理工件至处理工艺实施位以将待处理工件安置就位。

在一些实施方式中，在待处理工件安置就位后，顶针向下移动至并就位在初始位置，直至半导体工艺结束。

在一些实施方式中，卸除已处理工件包括机械臂以第一速度向上移动至工件卸除位置时将已处理工件从工件卸除装置转移至机械臂以卸除已处理工件。

在一些实施方式中，在顶针移动待处理工件至处理工艺实施位的过程中，机械臂携带已处理工件离开处理腔室。

在一些实施方式中，第一距离是1mm，第二距离是2.5mm。

在一些实施方式中，第三距离是4mm。

在本公开的第三方面中，提供了一种半导体工艺处理设备，包括处理腔室；支撑座，位于处理腔室中用于支撑工件；顶针，被配置为能够在处理腔室中移动以使工件朝向或远离支撑座移位；工件卸除装置，设置在半导体工艺处理设备上，且被配置为在已处理工件被顶针移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件。

在一些实施方式中，工件卸除装置包括多个工件卸除机构，每个工件卸除机构包括固定的基部和可动的伸缩部，伸缩部相对于基部在初始位置和卸除位置之间移动，伸缩部的第一端与基部耦接，伸缩部的第二端包括抓取部，在伸缩部处于卸除位置时，抓取部抓取并保持已处理工件。

在一些实施方式中，工件卸除机构是气动的，基部内形成气体通道。当向气体通道内输送气体时，伸缩部朝向卸除位置移动，以及当气体通道内不存在气体或从气体通道中抽出气体时，伸缩部朝向初始位置移动。

在一些实施方式中，工件卸除机构的基部的端部形成基部限位部，抓取部的面向基部的表面包括第一限位部，伸缩部的第一端包括第二限位部。当伸缩部位于初始位置时，第一限位部抵靠基部限位部，以及当伸缩部位于卸除位置时，第二限位部抵靠基部限位部。

在一些实施方式中，工件卸除机构是电动的，基部包括电动机，伸缩部包括调节部，调节部被配置为调节抓取部的移位距离和旋转角度中的任一者。

在一些实施方式中，伸缩部包括位于调节部和抓取部之间的密封套，密封件被设置在密封套与处理腔室的壁之间，以将调节部和电动机密封地隔离在处理腔室之外。

在一些实施方式中，工件卸除机构还包括架，架被配置在调节部的外部且位于处理腔室与电动机之间。

在一些实施方式中，多个工件卸除机构包括三个或四个均布的工件卸除机构。

在一些实施方式中，半导体工艺处理设备是对工件实施热处理工艺的热处理设备。

在一些实施方式中，支撑座包括磁悬浮平台，在实施热处理工艺期间，磁悬浮平台固定并旋转处理中的工件。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是本公开实施例的工件更换系统的结构示意图；

图2是本公开实施例的半导体工艺处理设备的结构示意图；

图3是本公开实施例的气动的工件卸除机构的结构示意图；

图4是本公开实施例的气动的工件卸除机构的结构示意图；

图5是本公开实施例的电动的工件卸除机构的结构示意图；

图6是本公开实施例的机械臂的结构示意图；

图7是图6右上部分的A区域的放大图；

图8是本公开实施例的工件更换方法的示意图；

图9是本公开实施例的工件更换方法的流程图。

附图标记说明：

100：工件更换系统；

101：半导体工艺处理设备；

1011：处理腔室；

1012：支撑座；

1013：顶针；

1014：工件进出口；

102：工件卸除装置；

1021：基部；

1022：伸缩部；

1023：抓取部；

1024：基部限位部；

1025：第一限位部；

1026：第二限位部；

1027：电动机；

1028：调节部；

1029：架；

103：机械臂；

1031：第一工件托盘；

1032：第二工件托盘。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

如图1所示，本公开提供了一种工件更换系统100，用于更换由半导体工艺处理设备101处理的工件，半导体工艺处理设备101包括处理腔室1011，位于处理腔室1011中用于支撑工件的支撑座1012，和被配置为能够在处理腔室1011中移动以使工件朝向或远离支撑座1012移位的顶针1013。

工件更换系统100包括工件卸除装置102和机械臂103。工件卸除装置102可以设置在半导体工艺处理设备101的侧壁、支撑座1012的外缘，且被配置为在已处理工件被顶针1013移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件。机械臂103被配置为在将待处理工件运送至处理腔室1011中的同时，将已处理工件从工件卸除装置102卸下并运送出处理腔室1011。

如图2所示，半导体工艺处理设备101可以为热处理设备、薄膜沉积设备、清洗设备、刻蚀设备和光刻设备等。其工艺处理的工件可以为晶圆。处理腔室1011为上述处理设备的反应腔。在半导体工艺处理设备101是热处理设备的情况下，反应腔内的支撑座1012可以为磁悬浮平台，在实施热处理工艺期间，磁悬浮平台固定并旋转处理中的工件。

在一些实施例中，处理腔室1011还具有工件进出口1014（如图1、图2所示），用于待处理工件从工件进出口1014进入处理腔室1011中，以及用于已处理工件从工件进出口1014移出。

处理腔室1011的内部顶针1013可以调节其自身的高度，在顶针1013上升抵靠至已处理工件的下表面后，随顶针1013的上升，该工件会随顶针1013同步移动。顶针1013数量可以调整，例如采用3个均匀设置的顶针1013。顶针1013的升降可以由电机驱动，例如处理腔室1011下端设置有电机，电机运动带着三个顶针1013升降，实现对顶针1013高度的调节。

工件卸除装置102为与顶针1013联动的装置，例如在顶针1013托起已处理工件后，工件卸除装置102从顶针1013上卸下已处理工件。工件卸除装置102可以全部配置在处理腔室1011中，或者一部分配置于处理腔室1011中。工件卸除装置102可以包括多个工件卸除机构（例如环绕支撑座1012周围或环绕工件均匀布设的3个或者4个），而每个工件卸除机构可以包括固定的基部1021和可动的伸缩部1022，伸缩部1022相对于基部1021在初始位置和卸除位置之间移动，伸缩部1022的第一端与基部1021耦接，伸缩部1022的第二端包括抓取部1023，在伸缩部1022处于卸除位置时，抓取部1023抓取并保持已处理工件，使已处理工件从顶针1013上脱离。

伸缩部1022的至少一部分可以缩入基部1021中，在伸缩部1022缩入基部1021中时，伸缩部1022所处的位置即为初始位置。当伸缩部1022伸出基部1021外就位时，伸缩部1022所处的位置即为卸除位置。伸缩部1022的移动可以配置与顶针1013联动，例如在顶针1013托起已处理工件向上移动过程中，伸缩部1022由初始位置向卸除位置移动，直至到达卸除位置就位，为抓取已处理工件做好准备。在一些实施方式中，伸缩部1022由卸除位置向初始位置的移动，可以发生在顶针1013托起待处理工件向下移动的过程中。伸缩部1022第二端的抓取部可以理解为图3、图4、图5中标号1023所示的结构。多个抓取部1023的上端面位于同一水平面，以确保托起已处理工件的稳定性。

工件卸除机构可以是气动的、电动的、液压的或任何其他合适的方式。

例如图3、图4所示的气动的工件卸除机构，其可以全部位于处理腔室1011中，基部1021与处理腔室1011的内侧壁连接。在一些实施方式中，在气动的工件卸除机构中，基部1021内部可以形成气体通道（如图4虚线所示的部分），伸缩部1022的第一端插入气体通道中。当向气体通道内输送气体时，气体通道的气压变大产生的推力，促使伸缩部1022伸出气体通道朝向卸除位置移动。当气体通道内不存在气体或从气体通道中抽出气体时，伸缩部1022依靠自身重力或者依靠气体通道内气压减小的吸力，促使伸缩部1022缩入气体通道中朝向初始位置移动。

卸除位置的高度可以由伸缩部1022与基部1021上配置的结构限定，例如基部1021的端部形成基部限位部1024，抓取部1023面向基部1021的表面包括第一限位部1025，伸缩部1022的第一端包括第二限位部1026，当向气体通道内输送气体时，伸缩部1022伸出气体通道至第二限位部1026抵靠基部限位部1024，此时伸缩部1022的高度位置即为卸除位置。当气体通道内不存在气体或从气体通道中抽出气体时，伸缩部1022缩入气体通道中至第一限位部1025抵靠基部限位部1024，此时伸缩部1022处于初始位置。通过设置第一限位部1025与基部限位部1024抵靠可以确定初始位置，通过设置第二限位部1026与基部限位部1024抵靠可以控制卸除位置的高度。

在一些实施例中，气动的工件卸除机构的基部1021与伸缩部1022均采用透明石英材质，减少对处理腔室1011的温度及气流的影响。

如图5示出电动的工件卸除机构。在电动的工件卸除机构中，基部1021包括电动机1027，伸缩部1022包括调节部1028，调节部1028被配置为调节抓取部1023的移位距离和旋转角度中的任一者。例如在配置电动的工件卸除机构后，通过调节调节部1028，可以使伸缩部1022伸出的长度满足初始位置和卸除位置的要求，或者通过调节调节部1028，使多个抓取部1023位于同一平面，提高托起已处理工件的稳定性。

在一些实施方式中，伸缩部1022可以包括位于调节部1028和抓取部1023之间的密封套，密封件被设置在密封套与处理腔室1011的壁之间，以将调节部1028和电动机1027密封地隔离在处理腔室1011之外，通过设置可以拉伸的密封套可以保持处理腔室1011的密封性。

在一些实施方式中，工件卸除机构还可以包括架1029，架1029被配置在调节部1028的外部且位于处理腔室1011与电动机1027之间，以将电动机1027及调节部1028固定连接在处理腔室1011的外壁上。或者配置密封件、密封套、调节部1028、电动机1027及架1029均在处理腔室1011外部，密封件、密封套、电动机1027通过架1029连接在处理腔室1011的外侧壁上，伸缩部1022与抓取部1023穿过处理腔室1011的壁位于处理腔室1021中，以尽可能减少占用处理腔室1011的内部空间。

在一些实施例中，电动的工件卸除装置102中，位于处理腔室1011中的抓取部1023和伸缩部1022为透明石英材质，减少对处理腔室1011的温度及气流的影响。

在一些实施方式中，机械臂103可以包括一个机械臂，一个机械臂包括第一工件托盘1031和第二工件托盘1032，第一工件托盘1031用于承载已处理工件，第二工件托盘1032用于承载待处理工件。

如图6、图7所示，第一工件托盘1031与第二工件托盘1032上下间隔配置，位于上方的第一工件托盘1031（机械臂103上方的托盘）用于承载已处理工件，位于下方的第二工件托盘1032（机械臂103下方的托盘）用于承载待处理工件。通过设置上下两个高度的工件托盘，在机械臂103进入处理腔室1011后，可以一次完成已处理工件的取出和待处理工件的放置。

在一些实施方式中，机械臂103可以包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂包括用于承载已处理工件的工件托盘，第二机械臂包括用于承载待处理工件的工件托盘。两个机械臂的工件托盘上下间隔配置，位于上方的第一机械臂的工件托盘用于承载已处理工件，位于下方的第二机械臂的工件托盘用于承载待处理工件，通过设置上下两个高度的工件托盘，在机械臂103进入处理腔室1011后，可以一次完成已处理工件的取出和待处理工件的放置。

本公开提供了一种工件更换方法，适于利用上述任一实施例中的工件更换系统更换由半导体工艺处理设备处理的工件，工件更换方法包括卸除已处理工件和安置待处理工件，卸除已处理工件和安置待处理工件由机械臂一次进入半导体工艺处理设备的处理腔室完成。

在应用本公开实施方式提供的工件更换系统时，机械臂的第一工件托盘空载，机械臂的第二工件托盘承载待处理工件，两个工件托盘均位于处理腔室外，待处理腔室中实施的工艺结束后，顶针上升托起已处理工件后上升至卸除位置上方2.5mm处。工件卸除机构的抓取部上升至卸除位置，顶针下降至卸除位置时，已处理工件被抓取部抓取。控制机械臂的第一工件托盘与第二工件托盘一并进入处理腔室中并同步上升，在第一工件托盘上升至卸除位置，已处理工件被第一工件托盘抓取。顶针在第二工件托盘进入处理腔室后逐渐上升且速度快于第二工件托盘的速度，直至待处理工件被顶针从第二工件托盘抓取。控制承载已处理工件的第一工件托盘及空载的第二工件托盘从处理腔室中移出，完成工件的替换。通过本公开的工件更换系统，机械臂一次进出处理腔室中即可完成已处理工件与待处理工件的更换，提高工件的更换效率，压缩工艺总时间，提高工艺产能。

在一些实施方式中，如图8所示，卸除已处理工件包括：

步骤一：在半导体工艺结束时，停止旋转已处理工件。

步骤二：在已处理工件停止旋转时，半导体工艺处理设备的顶针向上移动至第一位置，第一位置位于已处理工件下方与已处理工件相距第一距离。

步骤三：顶针向上移动并托起已处理工件移动至第二位置，第二位置位于工件卸除位置上方与工件卸除位置相距第二距离。

步骤四：在顶针自第一位置移动至第二位置的过程中，工件卸除装置移动至工件卸除位置。

步骤五：顶针自第二位置向下朝工件卸除位置移动，当顶针移动至工件卸除位置时，工件卸除装置抓取已处理工件并将已处理工件保持在工件卸除位置。

在一些实施例中，在半导体工艺实施过程中，待处理工件被放置到机械臂上。机械臂携带待处理工件移动至位于处理腔室外部的腔室外等待位。

在一些实施例中，在半导体工艺结束的同时，处理腔室的工件进出口被打开。机械臂携带待处理工件移动至位于处理腔室内部的腔室内等待位。

在一些实施例中，在机械臂移动至腔室内等待位之前，确定工件进出口是否打开到位。

在一些实施例中，安置待处理工件包括顶针自工件卸除位置向下移动至待处理工件安置等待位。机械臂以第一速度向上移动至工件卸除位置上方与工件卸除位置相距第三距离的同时，顶针以大于第一速度的第二速度向上移动至由机械臂携带的待处理工件所在位置并托起待处理工件脱离机械臂。

在一些实施例中，安置待处理工件包括顶针移动待处理工件至处理工艺实施位以将待处理工件安置就位。

在一些实施例中，在待处理工件安置就位后，顶针向下移动至并就位在初始位置，直至半导体工艺结束。

在一些实施例中，卸除已处理工件包括机械臂以第一速度向上移动至工件卸除位置时将已处理工件从工件卸除装置转移至机械臂以卸除已处理工件。

在一些实施例中，在顶针移动待处理工件至处理工艺实施位的过程中，机械臂携带已处理工件离开处理腔室。

在一些实施例中，第一距离是1mm，第二距离是2.5mm。

在一些实施例中，第三距离是4mm。

在一些实施例中，如图9所示，以更换热处理设备中的工件为例描述根据本公开实施方式的工件更换方法。热处理加工过程的同时，将机械臂下方的托盘装入待处理工件，同空载的机械臂上方的托盘一并移至“腔室外待换片位”，工艺加工结束的同时腔室门（处理腔室的工件进出口）打开，确认腔室门打开到位后，机械臂上方的托盘和机械臂下方的托盘开始移动至“腔室内等待位”；热处理加工结束的同时，已处理工件开始减速至停止，停止的同时，已处理工件下方的顶针刚好移至与已处理工件距离1mm位置，顶针继续上移至工件卸除位置上方2.5mm，工件卸除装置托起到位，顶针下移至“待处理工件安置等待位”，顶针下移过程中已处理工件被工件卸除装置抓取，已处理工件在处理腔室内进入待卸片状态；同时时间与空间上控制机械臂下方的托盘运动到“腔室内等待位”过程中不会与顶针及其他腔室内部件干涉，此时，机械臂下方的托盘在顶针正上方1mm位置，机械臂下方的托盘与顶针同时上移，顶针速度快于下方的托盘。上方的托盘移至“工件卸除位置”上方4mm过程中将工件卸除装置上的已处理工件卸下，实现处理腔室卸片过程，上方的托盘与下方的托盘同步上移，在上方的托盘卸片过程中，顶针将待处理工件从下方的方托盘中卸下，实现处理腔室装片过程；机械臂上方的托盘将已处理工件移出处理腔室，下方的托盘空载移出处理腔室，顶针托动待处理工件至处理工艺实施位，顶针继续下移并就位在初始位置，顶针的初始位置设置在影响工件加工小的位置，同时确认腔室门关闭到位后，加工区开始加工，处理腔室外机械臂将已处理工件放置指定位置，并装入下一个待处理工件移至“腔室外等待位”，形成换片循环。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本公开和简化描述，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公开的限制。

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多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；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公开中的具体含义。

在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (32)

1.一种工件更换系统，用于更换由半导体工艺处理设备处理的工件，其中：

所述半导体工艺处理设备包括：

处理腔室；

支撑座，位于所述处理腔室中用于支撑工件；和

顶针，被配置为能够在所述处理腔室中移动以使工件朝向或远离所述支撑座移位；

所述工件更换系统包括：

工件卸除装置，设置在所述半导体工艺处理设备上，且被配置为在已处理工件被所述顶针移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件；和

机械臂，被配置为在将待处理工件运送至所述处理腔室中的同时，将已处理工件从所述工件卸除装置卸下并运送出所述处理腔室。

2.根据权利要求1所述的工件更换系统，其中：

所述工件卸除装置包括多个工件卸除机构，每个工件卸除机构包括固定的基部和可动的伸缩部，所述伸缩部相对于所述基部在初始位置和卸除位置之间移动，所述伸缩部的第一端与所述基部耦接，所述伸缩部的第二端包括抓取部，在所述伸缩部处于所述卸除位置时，所述抓取部抓取并保持已处理工件。

3.根据权利要求2所述的工件更换系统，其中：

所述工件卸除机构是气动的，所述基部内形成气体通道；

当向所述气体通道内输送气体时，所述伸缩部朝向所述卸除位置移动，以及当所述气体通道内不存在气体或从所述气体通道中抽出气体时，所述伸缩部朝向所述初始位置移动。

4.根据权利要求3所述的工件更换系统，其中：

所述工件卸除机构的基部的端部形成基部限位部，所述抓取部的面向所述基部的表面包括第一限位部，所述伸缩部的第一端包括第二限位部；

当所述伸缩部位于所述初始位置时，所述第一限位部抵靠所述基部限位部，以及当所述伸缩部位于所述卸除位置时，所述第二限位部抵靠所述基部限位部。

5.根据权利要求2所述的工件更换系统，其中：

所述工件卸除机构是电动的，所述基部包括电动机，所述伸缩部包括调节部，所述调节部被配置为调节所述抓取部的移位距离和旋转角度中的任一者。

6.根据权利要求5所述的工件更换系统，其中：

所述伸缩部包括位于所述调节部和所述抓取部之间的密封套，密封件被设置在所述密封套与所述处理腔室的壁之间，以将所述调节部和所述电动机密封地隔离在所述处理腔室之外。

7.根据权利要求5所述的工件更换系统，其中：

所述工件卸除机构还包括架，所述架被配置在所述调节部的外部且位于所述处理腔室与所述电动机之间。

8.根据权利要求2-7中任一项所述的工件更换系统，其中：

所述多个工件卸除机构包括三个或四个均布的工件卸除机构。

9.根据权利要求1-7中任一项所述的工件更换系统，其中：

所述机械臂包括一个机械臂，所述一个机械臂包括第一工件托盘和第二工件托盘，所述第一工件托盘用于承载已处理工件，所述第二工件托盘用于承载待处理工件。

10.根据权利要求1-7中任一项所述的工件更换系统，其中：

所述机械臂包括第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂包括用于承载已处理工件的工件托盘，所述第二机械臂包括用于承载待处理工件的工件托盘。

11.一种工件更换方法，适于利用根据权利要求1-10中任一项所述的工件更换系统更换由半导体工艺处理设备处理的工件，所述工件更换方法包括卸除已处理工件和安置待处理工件，所述卸除已处理工件和所述安置待处理工件由机械臂一次进入半导体工艺处理设备的处理腔室完成。

12.根据权利要求11所述的工件更换方法，其中卸除已处理工件包括：

在半导体工艺结束时，停止旋转已处理工件；

在所述已处理工件停止旋转时，半导体工艺处理设备的顶针向上移动至第一位置，所述第一位置位于所述已处理工件下方与所述已处理工件相距第一距离；

所述顶针向上移动并托起所述已处理工件移动至第二位置，所述第二位置位于工件卸除位置上方与所述工件卸除位置相距第二距离；

在顶针自所述第一位置移动至所述第二位置的过程中，工件卸除装置移动至所述工件卸除位置；

所述顶针自所述第二位置向下朝所述工件卸除位置移动，当所述顶针移动至所述工件卸除位置时，所述工件卸除装置抓取所述已处理工件并将所述已处理工件保持在所述工件卸除位置。

13.根据权利要求12所述的工件更换方法，其中：

在半导体工艺实施过程中，待处理工件被放置到所述机械臂上；

所述机械臂携带所述待处理工件移动至位于所述处理腔室外部的腔室外等待位。

14.根据权利要求13所述的工件更换方法，其中：

在半导体工艺结束的同时，所述处理腔室的工件进出口被打开；

所述机械臂携带所述待处理工件移动至位于所述处理腔室内部的腔室内等待位。

15.根据权利要求14所述的工件更换方法，其中：

在所述机械臂移动至所述腔室内等待位之前，确定所述工件进出口是否打开到位。

16.根据权利要求14所述的工件更换方法，其中安置待处理工件包括：

所述顶针自所述工件卸除位置向下移动至待处理工件安置等待位；

所述机械臂以第一速度向上移动至所述工件卸除位置上方与所述工件卸除位置相距第三距离的同时，所述顶针以大于所述第一速度的第二速度向上移动至由所述机械臂携带的所述待处理工件所在位置并托起所述待处理工件脱离所述机械臂。

17.根据权利要求16所述的工件更换方法，其中安置待处理工件包括：

所述顶针移动所述待处理工件至处理工艺实施位以将所述待处理工件安置就位。

18.根据权利要求17所述的工件更换方法，其中：

在所述待处理工件安置就位后，所述顶针向下移动至并就位在初始位置，直至半导体工艺结束。

19.根据权利要求16所述的工件更换方法，其中卸除已处理工件包括：

所述机械臂以所述第一速度向上移动至所述工件卸除位置时将所述已处理工件从所述工件卸除装置转移至所述机械臂以卸除所述已处理工件。

20.根据权利要求16所述的工件更换方法，其中：

在所述顶针移动所述待处理工件至处理工艺实施位的过程中，所述机械臂携带所述已处理工件离开所述处理腔室。

21.根据权利要求20所述的工件更换方法，其中，所述第一距离是1mm，所述第二距离是2.5mm。

22.根据权利要求16-21中任一项所述的工件更换方法，其中，所述第三距离是4mm。

23.一种半导体工艺处理设备，包括：

处理腔室；

支撑座，位于所述处理腔室中用于支撑工件；

顶针，被配置为能够在所述处理腔室中移动以使所述工件朝向或远离所述支撑座移位；

工件卸除装置，设置在所述半导体工艺处理设备上，且被配置为在已处理工件被所述顶针移位至卸除位置时抓取并保持已处理工件。

24.根据权利要求23所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述工件卸除装置包括多个工件卸除机构，每个工件卸除机构包括固定的基部和可动的伸缩部，所述伸缩部相对于所述基部在初始位置和卸除位置之间移动，所述伸缩部的第一端与所述基部耦接，所述伸缩部的第二端包括抓取部，在所述伸缩部处于所述卸除位置时，所述抓取部抓取并保持已处理工件。

25.根据权利要求24所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述工件卸除机构是气动的，所述基部内形成气体通道；

当向所述气体通道内输送气体时，所述伸缩部朝向所述卸除位置移动，以及当所述气体通道内不存在气体或从所述气体通道中抽出气体时，所述伸缩部朝向所述初始位置移动。

26.根据权利要求25所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述工件卸除机构的基部的端部形成基部限位部，所述抓取部的面向所述基部的表面包括第一限位部，所述伸缩部的第一端包括第二限位部；

当所述伸缩部位于所述初始位置时，所述第一限位部抵靠所述基部限位部，以及当所述伸缩部位于所述卸除位置时，所述第二限位部抵靠所述基部限位部。

27.根据权利要求24所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述工件卸除机构是电动的，所述基部包括电动机，所述伸缩部包括调节部，所述调节部被配置为调节所述抓取部的移位距离和旋转角度中的任一者。

28.根据权利要求27所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述伸缩部包括位于所述调节部和所述抓取部之间的密封套，密封件被设置在所述密封套与所述处理腔室的壁之间，以将所述调节部和所述电动机密封地隔离在所述处理腔室之外。

29.根据权利要求27所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述工件卸除机构还包括架，所述架被配置在所述调节部的外部且位于所述处理腔室与所述电动机之间。

30.根据权利要求23-29中任一项所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述多个工件卸除机构包括三个或四个均布的工件卸除机构。

31.根据权利要求23-29中任一项所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述半导体工艺处理设备是对工件实施热处理工艺的热处理设备。

32.根据权利要求31所述的半导体工艺处理设备，其中：

所述支撑座包括磁悬浮平台，在实施所述热处理工艺期间，所述磁悬浮平台固定并旋转处理中的工件。