CN111063654B - 顶针机构及半导体加工设备 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供了一种顶针机构及半导加工设备。该顶针机构包括弹性套筒、固定套筒、中心导杆及顶针；弹性套筒设置在中心导杆的顶部，中心导杆的顶部设置有容置顶针端部的容置孔；顶针的端部可穿过弹性套筒延伸至容置孔；固定套筒套设于弹性套筒和中心导杆的顶部的外侧；顶针的端部具有卡合面和释放面，通过旋转顶针使卡合面或释放面与弹性套筒相接触，使弹性套筒产生弹性变形以卡固或者释放顶针。本申请实施例可以有效避免顶针与中心导杆之间发生移动，从而可以有效防止顶针的上端面高于卡盘基座表面与晶圆接触，进而可以提高工艺速率以及工艺效果。另外本申请实施例结构简单，可以有效提高本申请实施例拆装效率。

Description

顶针机构及半导体加工设备
技术领域
本申请涉及半导体加工技术领域，具体而言，本申请涉及一种顶针机构及半导体加工设备。
背景技术
目前，在半导体加工技术领域中，通常采用等离子体干法刻蚀技术完成晶圆的刻蚀工艺，刻蚀机是必不可少的设备。刻蚀机组成包括传输和工艺两个部分，传输平台用于将晶圆传输到工艺腔室中，并经过顶针机构的升降将晶圆准确放在卡盘基座。
如图1所示，顶针机构100可以设置于卡盘基座200内，当传输平台将晶圆300放置于顶针101的顶端后，在传输平台在移走之后，顶针101下降以将晶圆300放置于卡盘基座200上。顶针101的顶端应低于卡盘基座200的表面，以防止在工艺过程中与晶圆300接触影响工艺结果。如图2所示，顶针机构100具体可以包括：顶针101、固定套筒102、中心导杆103和紧固套筒104。顶针101可以插入中心导杆104的顶端，固定套筒103与中心导杆104可以通过螺纹配合的方式，使紧固套筒105变形挤压顶针101，从而达到固定顶针的目的。紧固套筒105具体可以采用树脂制成的圆环结构。
在现有的顶针机构安装过程中，由于顶针需要在固定套筒及紧固套筒与中心导杆连接以后再插入，因此当固定套筒与中心导杆配合过紧时，紧固套筒变形过大导致顶针无法安装；当固定套筒与中心导杆配合过松时，紧固套筒变形过小导致顶针固定效果不佳。当遇到某些因素(如震动、抽真空、顶针与卡盘基座的摩擦等)，顶针与中心导杆发生移动，易出现顶针下降到低位后，顶针上端面仍高于卡盘基座表面而与晶圆接触，从而导致工艺时刻蚀速率下降，影响工艺结果。
发明内容
本申请针对现有方式的缺点，提出一种顶针机构及半导体加工设备，用以解决现有技术存在中心导杆与顶针容易发生松动从而导致工艺时刻蚀速率下降的技术问题。
第一个方面，本申请实施例提供了一种顶针机构，包括：弹性套筒、固定套筒、中心导杆及顶针；所述弹性套筒设置在所述中心导杆的顶部，所述中心导杆的顶部设置有容置所述顶针端部的容置孔；所述顶针的端部可穿过所述弹性套筒延伸至所述容置孔；所述固定套筒套设于所述弹性套筒和所述中心导杆的顶部的外侧；所述顶针具有卡合面和释放面，通过旋转所述顶针使所述卡合面或所述释放面与所述弹性套筒接触，使所述弹性套筒产生弹性变形以卡固或者释放所述顶针。
于本申请的一实施例中，所述顶针端部具有多个所述卡合面和多个所述释放面，各所述卡合面和各所述释放面沿所述顶针端部的周向间隔设置。
于本申请的一实施例中，所述释放面为对称设置于所述顶针端部的两个平面，所述卡合面为设置在所述两个平面之间外周面。于本申请的一实施例中，所述弹性套筒包括环形本体及多个弹性体，所述弹性体的一端与所述环形本体相连，另一端延伸至所述环形本体及所述中心导杆的顶部之间，且选择性与所述卡合面弹性顶抵或者与所述释放面接触。
于本申请的一实施例中，所述弹性体为弹簧片，且数量为两个，两个所述弹簧片沿所述环形本体的轴向对称设置于本申请的一实施例中，所述弹性体延伸的一端与所述环形本体轴线之间呈一夹角，所述夹角为45～50度。
于本申请的一实施例中，所述弹簧片的材质为弹簧钢。
第二个方面，本申请实施例提供了一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载晶圆的卡盘基座,以及设置于所述卡盘基座上用于顶起所述晶圆的顶针机构，所述顶针机构采用如第一个方面提供的顶针机构。
于本申请的一实施例中，所述半导体加工设备还包括驱动装置及法兰，其中，所述驱动装置用于驱动所述中心导杆上升或下降；所述法兰用于将所述顶针机构固定于所述卡盘基座上,且具有用于容置所述顶针机构的顶针孔。
于本申请的一实施例中，所述驱动装置包括电缸或者气缸。
本申请实施例提供的技术方案带来的有益技术效果是：
本申请实施例提供了一种顶针机构，包括：弹性套筒、固定套筒、中心导杆及顶针；其中，弹性套筒设置在中心导杆的顶部，中心导杆的顶部设置有容置顶针端部的容置孔；该顶针具有卡合面和释放面，通过旋转顶针可以使卡合面或释放面与弹性套筒接触，从而使弹性套筒产生弹性变形以卡固或者释放顶针，这样通过旋转顶针来实现顶针与弹性套筒卡固配合，进而以实现顶针与中心导杆之间的卡固或者释放，可以有效避免顶针与中心导杆之间发生移动，从而在工艺过程中可以有效防止顶针的上端面高于卡盘基座表面与晶圆接触，进而可以防止因顶针高于卡盘基座影响工艺速率以及工艺效果。进一步的，由于旋转顶针即可以实现与中心导杆的卡固与释放，可以使得本申请实施例结构简单，并且还可以有效提高本申请实施例拆装效率。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术中的一种顶针机构与卡盘基座配合的结构示意图；
图2为现有技术中的顶针机构的局部放大剖视示意图；
图3A为本申请实施例提供的一种顶针机构的主视状态下的剖视示意图；
图3B为本申请实施例提供的一种顶针机构的侧视状态下的剖视示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种顶针机构的主视状态下的剖视示意图；
图4B为本申请实施例提供的一种顶针机构的侧视状态下的剖视示意图；
图5为本申请实施例提供的一种顶针的局部示意图；
图6A为本申请实施例提供的一种弹性套筒的主视示意图；
图6B为本申请实施例提供的一种弹性套筒的侧视示意图；
图7为本申请实施例提供的一种顶针机构的主视状态下的局部放大剖视示意图；
图8为本申请实施例提供的一种顶针机构省略部分部件后与法兰配合的剖视示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请，本申请的实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的部件或具有相同或类似功能的部件。此外，如果已知技术的详细描述对于示出的本申请的特征是不必要的，则将其省略。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。
本申请实施例提供了一种顶针机构，该顶针机构的结构示意图如图3A及图3B所示，包括：包括弹性套筒1、固定套筒2、中心导杆3及顶针4；弹性套筒1设置在中心导杆3的顶部，中心导杆3的顶部设置有容置顶针端部的容置孔31；顶针4的端部可穿过弹性套筒1延伸至容置孔31；固定套筒2套设于弹性套筒1和中心导杆3的顶部的外侧；顶针4具有卡合面41和释放面42，，通过旋转顶针4使卡合面41或释放面42与弹性套筒1接触，使弹性套筒1产生弹性变形以卡固或者释放顶针4。
如图3A及图3B所示，弹性套筒1可以采用金属材质制成类似于套筒的结构，弹性套筒1可以设置于中心导杆3的顶部，中心导杆3的顶部设置有容置孔31，用于容置顶针4的端部。容置孔31的内径可以略大于卡合面41的外径，以便于容置顶针4的端部，顶针4可以在容置孔31内转动，并且容置孔31可以与弹性套筒1相互配合，以使得顶针4与中心导杆3固定效果更佳。需要说明的是，本申请实施例并不限定容置孔31的具体尺寸，只要其可以与顶针4的端部匹配即可。
固定套筒2同样可以采用金属材质制成的套筒结构，固定套筒2可以套设于弹性套筒1的外侧，并且将弹性套筒1固定于的中心导杆3的顶部，固定套筒2可以采用螺接的方式与中心导杆3的顶部的外侧连接，但是本申请实施例并不以此为限。顶针4采用金属或者陶瓷材质制成的杆状结构，顶针4的任意一端部可以具有卡合面41和释放面42，该端部依次穿过固定套筒2及弹性套筒1延伸进入至中心导杆3容置孔31内。在实际应用时，可以通过将顶针4旋转一预设角度后，顶针4的卡合面41可以使弹性套筒1变形以将顶针4卡合固定；当需要拆卸顶针4时，同样可以将顶针4再次旋转一预设角度后，释放面42与弹性套筒1接触可以恢复原状以释放顶针4，从而可以实现顶针4的拆卸。可选地，上述实施例中的预设角度可以是90度或者180度，需要说明的是本申请实施例并不以此为限，本领域技术员可以根据实际情况自行调整设置。
本申请实施例通过旋转顶针来实现顶针的卡合面及释放面与弹性套筒配合，以实现顶针与中心导杆之间的卡固或者释放，可以有效避免顶针与中心导杆在工艺过程中因为震动等原因发生移动，从而可以有效防止顶针的上端面高于卡盘基座表面与晶圆接触，进而可以提高工艺速率以及工艺效果。进一步的，由于旋转顶针即可以实现与中心导杆的卡固与释放，可以使得本申请实施例结构简单，并且还可以有效提高本申请实施例拆装效率。
需要说明的是，本申请实施例并不限定弹性套筒1的具体材质及形状，例如弹性套筒1也可以采用树脂或硅胶等材质制成的其它形状。因此本申请实施对此并不进行限定，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，顶针4端部具有多个卡合面41和多个释放面42，各卡合面41和各释放面42沿顶针4端部的周向间隔设置。
如图3A至图4B所示，顶针4端部与弹性套筒1接触的位置可以设置有多个卡合面41及多个释放面42。具体来说，在顶针4纵向剖视图中，卡合面41对应的顶针端部区域的外径大于释放面42对应的顶针端部区域的外径，而弹性套筒1可以与卡合面41及释放面42匹配设置。在实际应用时，顶针4在安装时释放面42对应的顶针端部区域的外径相对较小，其可以与弹性套筒1配合，使得顶针4可以在没有阻力情况下直接安装到位，具体可以参照如图3A所示，弹性套筒1可以与释放面42配合且并未发生变形；而顶针4安装到位之后，可以将顶针4旋转一预设角度，由于卡合面41对应的顶针端部区域的外径尺寸相对较大，卡合面41可以使弹性套筒1变形以将顶针4卡固于中心导杆3上，具体可以参照图4A所示，即弹性套筒1可以与卡合面41配合发生变形以卡固顶针4。采用上述设计，可以使得顶针4与中心导杆3之间紧固效果更佳，避免两者之间发生移动。进一步的，还可以避免由于固定套筒2与中心导杆3配合过紧或过松带来顶针4与中心导杆3固定效果不佳的情况发生。
于本申请的一实施例中，释放面42为对称设置于顶针4端部的两个平面，卡合面41为设置于两个平面之间外周面。
如图5所示，顶针4可以设置为圆柱形结构，顶针4与中心导杆3的顶部配合的端部可以加工为两个对称的平面，该两个对称的平面可以用于形成释放面42；而卡合面41则可以是除去两相对平面以外的外周面。由于释放面42对应的顶针端部区域的外径相较于卡合面41对应的顶针端部区域的外径较小，因此在实际应用时，弹性套筒1的内径尺寸可以对应释放面42对应的顶针端部区域的外径尺寸设置，以此可以通过旋转顶针4以使得弹性套筒1变形，从而实现顶针4的卡固及释放。采用上述设计，可以使得本申请实施例结构简单，并且可以大幅降低本申请实施例的应用成本。
于本申请的一实施例中，弹性套筒1包括环形本体11及多个弹性体12，弹性体12的一端与环形本体11相连，另一端延伸至环形本体11及中心导杆3的顶部之间；且选择性与卡合面41弹性顶抵或者与释放面42接触。可选地，弹性体12为弹簧片，且数量为两个，两个所述弹簧片沿环形本体的轴向对称设置。可选地，弹簧片的材质为弹簧钢。
如图6A及图6B所示，环形本体11可以采用金属材质制成的矩形中空结构，环形本体11可以套设于顶针4外侧。环形本体11的下部可以设置有两个相对设置的弹性体12，两个弹性体12的位置可以与释放面42对应设置。两个弹性体12未发生弹性形变情况下两者之间的尺寸可以与释放面42对应的顶针端部区域的外径尺寸相同，以便于安装顶针4。当顶针4旋转时，由于卡合面41对应的顶针端部区域的外径的尺寸较大，卡合面41可以挤压在弹性体12，以使得弹性体12与卡合面41配合。采用上述设置，不仅可以使得本申请实施结构简单可靠，而且还可以有效降低本申请实施例的应用成本。另一方面，由于环形本体11采用矩形结构还可以便于固定套筒2对弹性套筒1的定位，防止弹性套筒1跟随顶针4转动从而影响顶针4的卡固。需要说明的是，本申请实施例并不限定弹性体12的个数，例如一些其它实施例中，弹性体12可以为一个且位于顶针4的一侧。因此本申请实施例并不以此为限，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。
于本申请的一实施例中，弹性体12延伸的一端与环形本体11轴线之间呈一夹角，夹角为45～50度。
如图6A至图7所示，弹性体12延伸的一端可以向环形本体11轴心所在的方向延伸设置，即弹性体12延伸的一端的延伸方向可以与环形本体11轴线之间形成一夹角α，该夹角α可以为45～50度，该夹角α可以为弹性体12在未受力的情况下的夹角，但是本申请实施例并不限定夹角α的具体度数，本领域技术人员可以根据实际情况自行调整设置。具体来说，当顶针4的卡合面41与弹性套筒1配合，卡合面41的受力情况如图7所示，卡合面41受到经弹性体12变形产生的压力F1，以及弹性体12的顶力F2之和，以将顶针4卡固于中心导杆3上，从而使顶针4与中心导杆3无法发生相对移动。采用上述设计，可以使得本申请实施例结构设计更为合理，使得顶针4与中心导杆3的固定效果更佳，从而可以有效避免顶针4对晶圆工艺造成影响。
基于同一发明构思，第二个方面，本申请实施例提供一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在反应腔室内设置有用于承载晶圆的卡盘基座,以及设置于卡盘基座上用于顶起所述晶圆的顶针机构，顶针机构采用如第一个方面提供的顶针机构。
于本申请的一实施例中，如图8所示，半导体加工设备可以还包括驱动装置(图8中未示出)及法兰400。其中，驱动装置用于驱动中心导杆3上升或下降，从而带动顶针上升或下降，驱动装置可以为诸如电缸或气缸等驱动设备。法兰400可以具有用于容置顶针机构的顶针孔401。法兰400可以将顶针机构固定于卡盘基座(图8中未示出)底部。
可选地，半导体加工设备还包括有波纹管500，波纹管500套设在中心导杆3上，且位于法兰400的下方，并与法兰400密封连接，用于将中心导杆3与外界环境进行真空隔离。
应用本申请实施例，至少能够实现如下有益效果：
本申请实施例通过旋转顶针来实现顶针的卡合面及释放面与弹性套筒配合，以实现顶针与中心导杆之间的卡固或者释放，可以有效避免顶针与中心导杆之间发生移动，从而可以有效防止顶针的上端面高于卡盘基座表面与晶圆接触，进而可以提高工艺速率以及工艺效果。进一步的，由于旋转顶针即可以实现与中心导杆的卡固与释放，可以使得本申请实施例结构简单，并且还可以有效提高本申请实施例拆装效率。
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。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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。
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更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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。
在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (7)

1.一种顶针机构，其特征在于，包括弹性套筒、固定套筒、中心导杆及顶针；
所述弹性套筒设置在所述中心导杆的顶部，所述中心导杆的顶部设置有容置所述顶针端部的容置孔；所述顶针的端部可穿过所述弹性套筒延伸至所述容置孔；
所述固定套筒套设于所述弹性套筒和所述中心导杆的顶部的外侧；
所述顶针的端部具有多个卡合面和多个释放面，各所述卡合面和各所述释放面沿所述顶针端部的周向间隔设置；所述释放面为对称设置于所述顶针端部的两个平面，所述卡合面为设置在所述两个平面之间外周面；
所述弹性套筒包括环形本体及多个弹性体，所述弹性体的一端与所述环形本体相连，另一端延伸至所述本体及所述中心导杆的顶部之间，且选择性地与所述卡合面弹性顶抵或者与所述释放面接触；通过旋转所述顶针使所述卡合面或所述释放面与所述弹性套筒相接触，能够使所述弹性套筒产生弹性变形以卡固或者释放所述顶针。
2.如权利要求1所述的顶针机构，其特征在于，所述弹性体为弹簧片且数量为两个，两个所述弹簧片沿所述环形本体的轴向对称设置。
3.如权利要求1所述的顶针机构，其特征在于，所述弹性体延伸的一端与所述环形本体轴线之间呈一夹角，所述夹角为45～50度。
4.如权利要求2所述的顶针机构，其特征在于，所述弹簧片的材质为弹簧钢。
5.一种半导体加工设备，其包括反应腔室，在所述反应腔室内设置有用于承载晶圆的卡盘基座，以及设置于所述卡盘基座上用于顶起所述晶圆的顶针机构，其特征在于，所述顶针机构采用权利要求1-4任意一项所述的顶针机构。
6.如权利要求5所述的半导体加工设备，其特征在于，还包括驱动装置和法兰，其中，
所述驱动装置用于驱动所述顶针机构中的顶针进行上升或下降；
所述法兰用于将所述顶针机构固定于所述卡盘基座上,且具有用于容置所述顶针机构的顶针孔。
7.如权利要求6所述的半导体加工设备，其特征在于，所述驱动装置包括电缸或者气缸。
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