CN107452668A - 一种半导体设备的顶针 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种半导体设备的顶针，包括：顶杆，穿过下电极基座；以及顶帽，与所述顶杆相连接，用于支撑晶圆，其中，所述顶帽的横截面积大于所述顶杆的横截面积，当所述顶帽随所述顶杆降下时，所述顶帽表面与所述下电极基座表面持平。本发明增大了顶针与晶片的接触面积，极大降低了晶片被顶破或顶裂的风险。

Description

一种半导体设备的顶针
技术领域
本发明涉及半导体领域，具体涉及一种半导体设备的顶针。
背景技术
在半导体工艺中，尤其是单片工艺中，硅片需要传输进出反应室，通常的步骤大致为：(1)顶针基座内部的顶针升起让顶针端高出下电极基座表面一定距离；(2)机械手从背面托起硅片将其传入下电极基座上方，机械手落下，硅片被已经升起的顶针(一般≥3根顶针)托住；(3)顶针降落，硅片与下电极基座表面接触，进行相应的工艺加工，如图1所示；(4)完成加工后，顶针升起，硅片被顶针顶起离开基座一定距离，机械手将硅片托起取走，如图2所示。重复以上四个步骤达到连续加工硅片的目的。
随着半导体领域及器件新技术的不断发展，对设备不断提出新的需求。比如微机电(MEMS)技术和硅通孔技术(TSV)的不断发展，使被加工硅片的厚度及图形与传统的半导体存在较大差异，薄硅衬底和通孔或部分通孔刻蚀已经越来越常用，由此导致硅片的强度降低，沿用传统的顶针技术存在将硅片顶破或者顶裂的风险。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开一种新的半导体设备的顶针，在不影响下电极基座工作的情况下，改变传统顶针的结构，扩大顶针与晶片的接触面积，极大降低晶片被顶破或顶裂的风险。
本发明的半导体设备的顶针包括：顶杆，穿过下电极基座；以及顶帽，与所述顶杆相连接，用于支撑晶圆，其中，所述顶帽的水平横截面积大于所述顶杆的横截面积，当所述顶帽随所述顶杆降下时，所述顶帽的上表面与所述下电极基座的上表面持平。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述下电极基座的上表面开设有与所述顶帽形状相匹配的凹槽。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，还包括倒角加固部，分别与所述顶帽和所述顶杆相连接。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述顶帽为片状结构。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述片状结构的水平横截面呈椭圆形、圆形或矩形。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述顶帽与所述顶杆为不同材质。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述顶帽材质为耐腐蚀材料，所述顶杆材料为韧性材料。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述耐腐蚀材料为陶瓷，所述韧性材料为聚四氟乙烯或形状记忆合金。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述顶杆直径为2mm，所述顶帽直径为10mm，所述顶帽高1.5mm，所述下电极基座上对应的凹槽的直径为 10.5mm，深度为1.7mm。
根据本发明的半导体设备的顶针，优选为，所述顶帽为可伸缩或可折叠结构。
附图说明
图1是现有技术的顶针降下时的示意图。
图2是现有技术的顶针升起时的示意图。
图3是本发明第一实施方式的半导体设备的顶针的结构示意图。
图4是本发明第一实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。
图5是本发明第一实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。
图6是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针的结构示意图
图7是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。
图8是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。
图9是本发明第三实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。
图10是本发明第三实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。
图11是本发明第四实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。
图12是本发明第四实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。
附图标记
1～顶针；11～顶杆；12～顶帽；13～倒角加固部；14～收纳槽；2～下电极基座；21～凹槽；3～晶圆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“垂直”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。此外，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
图3是本发明第一实施方式的半导体设备的顶针的结构示意图。如图3 所示，半导体设备的顶针1包括顶杆11和顶帽12，顶帽12与顶杆11相连接，用于支撑晶圆，顶帽12的水平横截面积大于顶杆11的水平横截面积。顶帽 12为片状结构针，水平横截面呈椭圆形、圆形或矩形。顶针结构可以是一体成型的，也可以通过粘结、焊接等方式连接顶针和顶帽，还可以通过插接、套接、卡接等方式形成可拆卸结构。在具体的一例中，顶杆11的直径为2mm。顶帽直径为10mm，高度为1.5mm。
图4是第一实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。图5是第一实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。如图4和图5所示，顶杆11穿过下电极基座2，当顶帽12随顶杆11降下时，顶帽12的上表面与下电极基座2的上表面持平。在该具体的一例中，在下电极基座2的上表面开设与顶帽12相匹配的凹槽21，直径为10.5mm，深度为1.7mm，当顶杆11 将下时，顶帽12落入凹槽21，使得顶帽12的上表面与下电极基座2的上表面处于同一平面。
图6是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针的结构示意图。如图6所示，本发明第二实施方式的半导体设备的顶针1包括顶杆11、顶帽12和倒角加固部 13。其中，顶帽12为片状结构，与顶杆11相连接，用于支撑晶圆，顶帽12的水平横截面积大于顶杆11的水平横截面积。倒角加固部13分别与顶杆11和顶帽12相连接，进一步增加结构稳定性。倒角加固部13与顶杆11、顶帽12可以是一体成型，也可以通过粘结、焊接等方式连接，还可以通过插接、套接、卡接等方式形成可拆卸结构。
图7是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针在落下状态时的示意图。图 8是本发明第二实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。如图7和图8所示，顶杆11穿过下电极基座2，在下电极基座2的上表面开设与顶帽 12和倒角加固部13相匹配的凹槽21，顶帽12随顶杆11降下时，顶帽12的上表面与下电极基座2的上表面处于同一平面。
在上述实施方式中，通过在下电极的上表面设置凹槽的方式实现顶针降下时顶帽的上表面与下电极基座的上表面持平的效果。但是本发明不限定于此，例如还可以将顶帽设计为可伸缩结构或可折叠结构，这样的设计可以不对下电极基座表面进行任何改动。以下结合图9～图12进行详细说明。
图9是本发明第三实施方式的半导体设备的顶针在升起状态时的示意图。如图9所示，本发明第三实施方式的半导体设备的顶针1包括顶杆11和顶帽 12，顶帽12为可伸缩结构。当顶针1升起，顶帽12自顶杆11上部两侧伸出，顶帽12表面呈一水平面，从而保证与硅片的大面积的接触。图10是本发明第三实施方式的半导体设备的顶针在降下状态下的结构示意图。如图10所示，当顶针11降下时，顶帽12收回到顶杆11内。
进一步地，为了使顶帽的面积不受顶杆尺寸的限制，还可以将顶帽设计为可折叠结构。图11是本发明第四实施方式的半导体设备的顶针在升起状态下的结构示意图。如图11所示，当顶针1升起时，顶帽12自顶杆11两侧折叠向上，呈一水平面，从而增大了顶杆与晶片的接触面积，避免晶片被顶破或顶裂。当顶针降下时，顶帽12折叠向下回到顶杆11两侧。优选地，顶杆 11上设置与顶帽匹配的收纳槽14，当顶帽向顶杆两侧折叠时进入该收纳槽14中。图12中示出了本发明第四实施方式的半导体设备的顶针在降下状态下的结构示意图。
在上述任一实施方式中，半导体设备的顶针的顶杆和顶帽的材质可以相同也可以不同。例如顶杆和顶帽可以均采用聚四氟乙烯、金属合金等材料，也可以是，顶杆采用聚四氟乙烯，顶帽采用金属合金。此外，倒角加固部的材质也可以与两者相同或不同。优选为，顶杆采用韧性材料，例如聚四氟乙烯、形状记忆合金等材料，顶帽采用陶瓷等耐腐蚀材料。从而在保持顶针韧性的同时提高其耐腐蚀性。
另外，上述实施方式中顶帽的垂直截面呈矩形，但是本发明不限定于此，例如顶帽的垂直截面也可以呈倒梯形、木桶型等。
本发明的半导体设备的顶针通过增大顶针与硅片的接触面积，极大降低了硅片被顶破或顶裂的风险。本发明的半导体设备的顶针成功应用于深反应离子体刻蚀机(DRIE)中，被加工硅片厚度仅为350μm，远小于常规硅片厚度(725μm)。当然本发明的应用不局限于此，适用于任何需要顶针结构的半导体设备，特别是加工晶圆的较薄、强度较低的情况。
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。

Claims (10)

1.一种半导体设备的顶针，其特征在于，
包括：
顶杆，穿过下电极基座；以及
顶帽，与所述顶杆相连接，用于支撑晶圆，
所述顶帽的水平横截面积大于所述顶杆的水平横截面积，当所述顶帽随所述顶杆降下时，所述顶帽上表面与所述下电极基座上表面持平。
2.根据权利要求1所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述下电极基座的上表面开设有与所述顶帽形状相匹配的凹槽。
3.根据权利要1所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
还包括倒角加固部，分别与所述顶帽和所述顶杆相连接。
4.根据权利要1～3中任一项所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述顶帽为片状结构。
5.根据权利要求4所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述片状结构的水平横截面呈椭圆形、圆形或矩形。
6.根据权利要1所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述顶帽与所述顶杆为不同材质。
7.根据权利要6所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述顶帽材质为耐腐蚀材料，所述顶杆材料为韧性材料。
8.根据权利要求7所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述耐腐蚀材料为陶瓷，所述韧性材料为聚四氟乙烯或形状记忆合金。
9.根据权利要2所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述顶杆直径为2mm，所述顶帽直径为10mm，所述顶帽高1.5mm，所述下电极基座表面对应的凹槽的直径为10.5mm，深度为1.7mm。
10.根据权利要1所述的半导体设备的顶针，其特征在于，
所述顶帽为可伸缩或可折叠结构。
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