CN109786293B - 顶针高度调节装置及反应腔室 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种顶针高度调节装置及反应腔室，该顶针高度调节装置包括：升降托，顶针的底部位于升降托上，且升降托底部设置第一斜面和第二斜面；第一调节块，第一调节块的顶部设置有第三斜面，第一斜面和第三斜面相对匹配设置；第二调节块，第二调节块的顶部设置有第四斜面，第二斜面和第四斜面相对匹配设置；驱动机构，用于驱动第一调节块和第二调节块，使第一调节块和第二调节块在安装板上横向移动，驱动升降托的纵向移动以改变顶针的高度。为顶针高度的调整提供了更为便利的调节方案，避免了因多个顶针形成的支撑面不平导致衬底颗粒、以及在机械手传片时衬底位置变化甚至滑片等问题。

Description

顶针高度调节装置及反应腔室

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，更具体地，涉及一种顶针高度调节装置及反应腔室。

背景技术

近年来，半导体设备发展迅速，涉及半导体、集成电路、太阳能电池板、平面显示器、微电子、发光二极管等，而这些器件主要是由在衬底上形成的数层材质厚度不同的薄膜组成。这些成膜设备包括化学气相沉积(CVD)、原子层气相沉积(ALD)等。以ALD腔室为例，成膜前衬底被传送到腔室，成膜完成后衬底被取出。在此过程中顶针将衬底抬起，使衬底与加热基座之间有一定距离，保证了机械手能够有空间进入到衬底下表面将衬底取走。为了保证工艺成膜质量，加热基座需要调到绝对水平。顶针从加热基座均匀分布的N个孔内穿过，为了保证顶针在孔内顺畅滑动，顶针与加热基座孔之间有一定间隙。

现有ALD腔室顶针底部直接与腔室底面接触，腔室底面的水平决定了N个顶针上端面的水平。一般情况下，腔室需要与传输系统连接配合，传输系统的水平又会影响到腔室的水平。因传输平台、腔室等部件安装时，因安装、测量、技术水平及累计误差等原因，腔室底面很难保证绝对水平；再加上长期使用时因重力、振动、安装面变形等原因，腔室的水平就更难保证了。腔室底面的不平，导致顶针在支撑衬底时衬底不平，引起在机械手传片时衬底位置变化甚至滑片；腔室底面不平还会导致加热基座在向下运动时，加热基座孔内壁与顶针有相互作用力，这个力导致加热基座与顶针之间有磕碰、卡顿，产生颗粒甚至顶针的断裂。

现有ALD腔室结构如图1所示，包括腔室1；基座2，可通过升降机构(未示出)调整其上下高度，实现传输位和工艺位的切换，图示位置为传输位；衬底2；顶针4，一般数量大于3个并沿圆周均匀分布；当腔室底面水平度不满足要求时，直接影响传输位时顶针4的水平，进而引起滑片、颗粒等其它问题；目前的结构无法单独调节顶针的高度，只能将腔室与传输系统断开，重新调节传输系统和腔室的水平，然后再将两者对接起来；此方法费时费力，工作量相当大，而且对操作人员、部件精度、测量精度等都要求十分严格。

因此，为了解决上述中现有技术所面临的问题，设计一种顶针高度调节装置是十分必要的。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种顶针高度调节装置及反应腔室，其中，采用与升降托相匹配的两调节块，通过驱动机构使得两调节块横向移动，改变两调节块之间的距离，通过升降托与调节块相互匹配的斜面，最终实现升降托和位于其上的顶针的纵向的高度调节。从而为顶针的高度的调整提供了更为便利的调节方案，避免了因多个顶针形成的支撑面不平导致衬底颗粒、以及在机械手传片时衬底位置变化甚至滑片等问题。

根据本发明的一方面，提供一种顶针高度调节装置，其特征在于，包括：

升降托，所述升降托内设置有用于容纳顶针的容纳槽，且所述升降托底部设置第一斜面和第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面对称；

第一调节块，所述第一调节块的顶部设置有第三斜面，所述第一斜面和所述第三斜面相对匹配设置，且第一调节块通过所述第三斜面支撑所述升降托；

第二调节块，所述第二调节块的顶部设置有第四斜面，所述第二斜面和所述第四斜面相对匹配设置，且第二调节块通过所述第四斜面支撑所述升降托；

驱动机构，用于驱动所述第一调节块和所述第二调节块，使所述第一调节块和所述第二调节块在安装板上横向移动，驱动所述升降托的纵向移动以改变所述顶针的高度；

安装板，用于安装所述第一调节块，所述第二调节块以及所述驱动机构，所述安装板通过固定销安装于反应腔室内的底面上。

优选地，所述第二调节块与所述第一调节块相对的一侧设置有凹槽，以至少容纳部分所述第一调节块，所述第一调节块与所述第二调节块相互靠近或远离以使所述升降托纵向移动，改变所述顶针的高度。

优选地，所述第一调节块内设置有第一螺纹，所述第二调节块内设置有第二螺纹，所述第一螺纹与所述第二螺纹的方向相反，所述第一螺纹与所述第二螺纹分别贯穿所述第一调节块和所述第二调节块。

优选地，所述驱动机构包括丝杠，所述丝杠设置有第三螺纹以及与第三螺纹方向相反的第四螺纹，其中，所述丝杠穿过所述第一调节块和所述第二调节块，所述第三螺纹与所述第一螺纹相匹配，所述第四螺纹与所述第二螺纹相匹配。

优选地，所述安装板上设置有安装槽，所述第一调节块、第二调节块、丝杠均位于所述安装槽中。

优选地，所述安装板包括多个安装槽，多个所述安装槽沿所述安装板周向均匀布置的。

优选地，所述驱动机构还包括转轴，所述转轴的一端与所述丝杠的一端铰接，另一端穿过所述安装槽的侧壁，横向延伸至所述安装板边缘。

优选地，所述转轴的另一端的端面设置有凹口，以便通过工具对其进行转动。

优选地，所述驱动机构还包括限位环，所述限位环安装于所述安装槽的侧壁，以防止所述转轴横向移动。

根据本发明的另一方面，还提供一种反应腔室，包括基座和贯穿所述基座设置的顶针，还包括本发明提供的顶针高度调节装置，且所述顶针高度调节装置与所述顶针对应设置。

本发明的一实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的顶针高度调节装置，其采用了与升降托通过斜面相匹配的调节块，通过驱动机构使得调节块横向移动，最终实现升降托与位于其上的顶针纵向的高度调节。其为顶针高度的调整提供了便利的调节方案，并可通过顶针的高度调整，解决因多个顶针形成的支撑面不平导致衬底颗粒、以及在机械手传片时衬底位置变化甚至滑片等问题，允许的腔室底面的水平误差更大，大大降低了整套半导体工艺系统连接安装时的工作量。且各个顶针的高度均可独立调节，互不影响。

本发明的另一优选实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的反应腔室，包括顶针高度调节装置，该顶针高度调节装置结构简单可靠，具有很强的实用性，进一步地，从安装板的侧面即可对顶针高度进行调节，调节方式便捷，相比于从安装板上方调节，避免了因扳手空间限制而需频繁的升降基座的问题；节约了能耗，提高了效率。进一步地，还可参照螺旋测微计在转轴处设置相应刻度，提高调节精度，同时还可监测反应腔室底面的水平度变化。使制备和转移的衬底的质量更好，产品品质更高。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了现有技术的原子层沉积腔室的结构示意图；

图2示出了本发明实施例的顶针高度调节装置的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的顶针高度调节装置的截面图；

图4示出了本发明实施例的丝杠的示意图；

图5a示出了本发明实施例的顶针高度调节装置最低位置的截面图；

图5b示出了本发明实施例的顶针高度调节装置中间位置的截面图；

图5c示出了本发明实施例的顶针高度调节装置最高位置的截面图；

图6示出了本发明实施例的安装板的俯视图；

图7示出了本发明实施例的反应腔室的结构示意图；

附图标记列表

1 腔室主体

2 基座

21 通孔

3 衬底

4 顶针

5 安装板

51 安装槽

6 固定销

100 高度调节装置

110 顶针

120 升降托

1201 容纳槽

121 第一斜面

122 第二斜面

131 第一调节块

1311 第三斜面

132 第二调节块

1321 第四斜面

1322 凹槽

133 丝杠

1331 右旋螺纹

1332 左旋螺纹

134 限位环

140 转轴

141 凹口

142 限位环安装槽

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

以下将针对本发明所提供的顶针高度调节装置的实施例进行详细描述。

图2示出了本发明实施例的顶针高度调节装置的结构示意图，图中示出了顶针110以及顶针高度调节装置，顶针高度调节装置包括：升降托120、第一调节块131、第二调节块132、驱动机构以及安装板5(见图3)。

升降托120内设置有用于容纳顶针110的容纳槽1201，升降托120的底部设置有第一斜面121和第二斜面122，两斜面分别朝向外侧，第一斜面121和第二斜面122相对称。

第一调节块131例如为楔形，其顶部具有与第一斜面121相匹配的第三斜面1311，第二调节块132同样例如为楔形，但与所述第一调节块131相对的一侧设有凹槽1322，使第二调节块132呈叉状，凹槽1322可容纳至少部分第一调节块131，从而使第一调节块131与第二调节块132相互间的距离调整范围更大，进而增大了所述顶针110的高度调节的范围。第二调节块132的顶部具有与第二斜面122相匹配的第四斜面1321。第一调节块131和第二调节块132分别位于升降托120的第一斜面121和第二斜面122相对的两侧，使得第二斜面1311与第四斜面1321相对设置，将升降托120夹在其中，第一调节块和第二调节块均与驱动机构中的丝杠133之间通过螺纹相配合，使得两调节块均可沿丝杠133的轴向进行横向移动。

当第一调节块131与第二调节块132相互靠近时，则升降托120下表面受挤压，升降托120向上升高，相反的，如第一调节块131与第二调节块132相互远离，升降托120与调节块相接触的斜面间发生相对滑动，升降托120在其自身重力的作用下向下移动。通过调节第一调节块131与第二调节块132之间的距离可使升降托120向上或向下移动，从而调节顶针110的高度。

驱动机构包括丝杠133和转轴140，其中，转轴140的一端与丝杠133的一端通过连接耳板铰链连接，转轴140的另一端的端面上设置有凹口141，凹口141例如为一字、十字或内六角等，以便使用工具转动转轴140。进一步地，转轴140上还设置有限位环安装槽142，用于安装限位环132，通过限位环134防止转轴140横向窜动。

图3示出了本发明实施例的顶针高度调节装置的截面图，图2中已描述的结构在此不再赘述，图中可见驱动机构还包括设置在转轴140上的限位环134，限位环134固定于安装槽51的侧壁上，通过限位环134将转轴140与安装板5在转轴140的轴向方向上固定，防止转轴140相对于安装板5轴向窜动。顶针110穿过基座2的通孔21。

进一步地，还可参照螺旋测微计将转轴140向安装板5外侧外延，并设置相应刻度(横向位移与纵向位移之间的比例可根据具体斜面的倾斜角度计算得出)，提高调节精度，同时还可监测腔室底面的水平度变化。

图4示出了本发明实施例的丝杠的示意图，丝杠133包括两段螺纹区域，其分别与第一调节块131和第二调节块132相匹配。其中，丝杠133的一段螺纹区域例如为常用的右旋螺纹1331(正丝)，与第二调节块132相匹配，丝杠133的另一段螺纹区域例如为左旋螺纹1332(反丝)，与第一调节块131相匹配，从而使得可通过丝杠133的转动，实现第一调节块131与第二调节块132的相互靠近或相互远离；第一调节块131例如为反丝调节块，内部加工左旋螺纹与丝杠的右旋螺纹1331相匹配；第二调节块132例如为正丝调节块，内部加工右旋螺纹与丝杠的左旋螺纹1332相匹配；升降托120的下表面的斜面设计，使得其可在第一调节块131与第二调节块132的相互靠近和远离的过程中实现斜面之间的相对滑动，从而实现顶针110的高度变化；第一调节块131与第二调节块132以及升降托120上的斜面的倾斜角度相同(即第一至第四斜面的倾斜角度相同)。当然地，其右旋螺纹1331、左旋螺纹1332在丝杠133的位置，第一调节块131、第二调节块132的位置均可以对调，即不局限于丝杠133的正反转与顶针110升高和降低的对应关系，其可呈现多种对应关系，在此不再一一举例，其均应落入本发明的保护范围。

图5a、5b、5c分别示出了本发明实施例的顶针高度调节装置处于其调节范围的最低位置、中间位置、最高位置的截面图。

假使初始状态为图5b所示,当需要降低顶针110的高度时，从安装板5侧方，用扳手通过凹口141顺时针转动转轴140，转轴140的转动带动丝杠133的转动；其中，丝杠133的正丝部位1331与其配合的第二调节块132相对转动，使第二调节块132向安装板5外侧移动；同理，丝杠133的反丝部位1332，与其配合的第一调节块131相对转动，使第一调节块131向安装板5内侧移动；第二调节块132与第一调节块131的相对分离，使升降托120下降，从而实现顶针110的高度降低；当第一调节块131接触到安装板5的安装槽51的一侧的侧壁时，如图5a所示，顶针110的高度降低至极限位置。

同理，当需要升高顶针110的高度时，用扳手逆时针转动转轴140，转轴140的转动带动丝杠133的转动，丝杠133的正丝部位1331与其配合的第二调节模块132相对转动，使第二调节模块132向安装板5内侧移动，丝杠133的反丝部位1332，与其配合的第一调节模块131相对转动，使第一调节模块131向安装板5外侧移动，第二调节模块132与第一调节模块131相互靠近，使升降托120升高，从而实现顶针110的高度升高；当第一调节模块131与所述第二调节块132相对的端面与第二调节模块132的凹槽1322的内侧侧壁互相接触时，如图5c，达到顶针110高度升高的极限位置。

通过调节块与升降托120之间的斜面配合，可实现各个顶针110高度的独立调节，即使在腔室底面不水平的情况下，仍可实现顶针110上表面处于同一水平面，防止滑片、颗粒等其它问题。

图6示出了本发明实施例的安装板的俯视图，图中所示的安装板5例如为中间具有通孔的圆环形，支撑衬底3至少需要3个支撑点，即至少需要三个顶针110进行支撑，故安装板5上具有三个沿周向均匀排布的安装槽51。相应地，每个安装槽51中均可设置相应的升降托、第一调节块、第二调节块以及驱动机构，以调节对应的顶针110的高度，当然地，也可设置更多的安装槽51及相应的结构，以更好的支撑衬底3。

以下将针对本发明所提供的反应腔室的实施例进行详细描述。

图7示出了本发明实施例的反应腔室的结构示意图，图中所示反应腔室包括：腔室主体1、基座2、顶针110、顶针高度调节装置100。其中，顶针高度调节装置100，该顶针高度调节装置采用本发明上述实施例提供的顶针高度调节装置，其通过安装板5及固定销6安装于腔室主体1的底壁上，其中，固定销6可为定位销。顶针110与衬底3相接触的顶部具有喇叭状结构，以增大接触面积。基座2可通过升降机构(未示出)上升或下降调整其高度，实现传输位(基座2下降，衬底3与基座2分离，衬底3仅由顶针110支撑)和工艺位(基座2的高度高于顶针110的高度，衬底3位于基座2上)的切换，图示位置为传输位，即基座2下降，衬底3与基座2分离，衬底3仅由顶针110支撑。基座2具有穿过基座2形成的通孔21，顶针110穿过通孔21支撑衬底3。

当然地，本发明提供的顶针高度调节装置，其应用场景不限于原子层气相沉积机台，也应适用于具有类似装置的其它设备。

本发明的一实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的顶针高度调节装置，其采用了与升降托通过斜面相匹配的调节块，通过驱动机构使得调节块横向移动，最终实现升降托与位于其上的顶针纵向的高度调节。其为顶针高度的调整提供了便利的调节方案，并可通过顶针的高度调整，解决因多个顶针形成的支撑面不平导致衬底颗粒、以及在机械手传片时衬底位置变化甚至滑片等问题，允许的腔室底面的水平误差更大，大大降低了整套半导体工艺系统连接安装时的工作量。且各个顶针的高度均可独立调节，互不影响。

本发明的另一优选实施例具有以下优点或有益效果：本发明提供的反应腔室，包括顶针高度调节装置，该顶针高度调节装置结构简单可靠，具有很强的实用性，进一步地，从安装板的侧面即可对顶针高度进行调节，调节方式便捷，相比于从安装板上方调节，避免了因扳手空间限制而需频繁的升降基座的问题；节约了能耗，提高了效率。进一步地，还可参照螺旋测微计在转轴处设置相应刻度，提高调节精度，同时还可监测反应腔室底面的水平度变化。使制备和转移的衬底的质量更好，产品品质更高。

依照本发明的实施例如上文所述，图示中为突出本发明技术方案的细节，各部件比例并非按照真实比例绘制，其附图中所示的比例及尺寸并不应限制本发明的实质技术方案，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种顶针高度调节装置，用于调节半导体加工的反应腔室中的顶针高度，以在所述反应腔室中的基座下降后，通过所述顶针承载所述基座上的衬底，便于取出所述衬底，其特征在于，包括：

升降托，所述升降托内设置有用于容纳顶针的容纳槽，且所述升降托底部设置第一斜面和第二斜面，所述第一斜面与所述第二斜面对称；

第一调节块，所述第一调节块的顶部设置有第三斜面，所述第一斜面和所述第三斜面相对匹配设置，且第一调节块通过所述第三斜面支撑所述升降托；

第二调节块，所述第二调节块的顶部设置有第四斜面，所述第二斜面和所述第四斜面相对匹配设置，且第二调节块通过所述第四斜面支撑所述升降托；

驱动机构，用于驱动所述第一调节块和所述第二调节块，使所述第一调节块和所述第二调节块在安装板上横向移动，驱动所述升降托的纵向移动以改变所述顶针的高度；

安装板，用于安装所述第一调节块，所述第二调节块以及所述驱动机构，所述安装板通过固定销安装于反应腔室内的底面上。

2.根据权利要求1所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述第二调节块与所述第一调节块相对的一侧设置有凹槽，以至少容纳部分所述第一调节块，所述第一调节块与所述第二调节块相互靠近或远离以使所述升降托纵向移动，改变所述顶针的高度。

3.根据权利要求1所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述第一调节块内设置有第一螺纹，所述第二调节块内设置有第二螺纹，所述第一螺纹与所述第二螺纹的方向相反，所述第一螺纹与所述第二螺纹分别贯穿所述第一调节块和所述第二调节块。

4.根据权利要求3所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述驱动机构包括丝杠，所述丝杠设置有第三螺纹以及与第三螺纹方向相反的第四螺纹，其中，所述丝杠横向贯穿所述第一调节块和所述第二调节块，所述第三螺纹与所述第一螺纹相匹配，所述第四螺纹与所述第二螺纹相匹配。

5.根据权利要求4所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述安装板上设置有安装槽，所述第一调节块、所述第二调节块和所述丝杠均位于所述安装槽中。

6.根据权利要求5所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述安装板包括多个安装槽，多个所述安装槽沿所述安装板周向均匀布置。

7.根据权利要求5所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述驱动机构还包括转轴，所述转轴的一端与所述丝杠的一端铰接，另一端贯穿所述安装槽的侧壁，横向延伸至所述安装板边缘。

8.根据权利要求7所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述转轴的另一端的端面设置有凹口，以便通过工具对所述转轴进行转动。

9.根据权利要求7所述的顶针高度调节装置，其特征在于，所述驱动机构还包括限位环，所述限位环固定于所述安装槽的侧壁上，以防止所述转轴横向移动。

10.一种反应腔室，包括基座和贯穿所述基座设置的顶针，其特征在于，还包括：如权利要求1-9任意一项所述的顶针高度调节装置，且所述顶针高度调节装置与所述顶针对应设置。

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