CN113764247A - 一种用于真空腔室的顶针升降装置及等离子刻蚀系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于真空腔室的顶针升降装置及等离子刻蚀系统，包括多个顶针和一个顶针安装座；顶针安装座包括底板和多个限位块；底板上开设有多个与顶针通过孔一一对应的盲孔；每个盲孔内嵌入安装有若干叠加放置的弹性圈；弹性圈的内径小于顶针的直径，且若干弹性圈的下端面与盲孔底部相接，若干弹性圈叠加后的高度不低于盲孔高度；多个限位块可拆卸固定在底板上，且每个限位块的下表面一一对应压接一个盲孔内的若干弹性圈的上端面；每个限位块上设置有一个导向通孔；每个顶针穿过一个盲孔内的弹性圈及对应限位块的导向通孔。本发明将顶针固定并精确导向对中，降低了顶针与顶针通过孔摩擦断裂的可能性，防止压差引起的飞针。

Description

一种用于真空腔室的顶针升降装置及等离子刻蚀系统
技术领域
本发明属于半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种用于真空腔室的顶针升降装置及等离子刻蚀系统。
背景技术
目前的等离子刻蚀系统包括如图3的真空腔室。在刻蚀工艺开始前，机械手7载着晶圆8进入真空腔室载物台的正上方，待机械手7停止后载物台底部安装的顶针升降装置会驱动顶针升起，将晶圆8从机械手7上顶起脱离机械手7表面，机械手7退出工艺腔室。之后顶针回落至低于载物台表面的位置，晶圆8落到载物台表面，之后可以开始刻蚀工艺。在完成刻蚀工艺之后，按照与放片相反的流程将晶圆8从工艺腔室取走。
目前存在的设备中，顶针一般采用不固定的方式，仅依靠底部支撑板推动其上下运动，同时依靠与载物台上的顶针通过孔的侧壁摩擦来实现导向，该种方式不仅存在顶针摩擦损坏的问题，同时还会存在顶针回落时没有拉紧力，使得顶针没有完全落下，造成晶圆8损坏。在一整个工艺流程中，顶针需要升降各2次，顶针机构的不稳定性影响着整个系统的可靠性，会增加晶圆8损坏率以及设备维护时间。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种用于真空腔室的顶针升降装置及等离子刻蚀系统，将顶针固定并精确导向对中，大大降低了顶针与顶针通过孔摩擦断裂的可能性，防止顶针下落不到位，同时也防止了由于顶针上下区域压差的存在而引起的飞针情况。
技术方案：本发明提出一种用于真空腔室的顶针升降装置，包括升降驱动机构、多个顶针和一个顶针安装座；所述多个顶针安装在顶针安装座上，所述升降驱动机构用于驱动顶针安装座及顶针升降；所述真空腔室内设置有载物台；所述载物台上设置有多个顶针通过孔；所述多个顶针升降时，一一对应穿过顶针通过孔；所述顶针安装座包括底板和多个限位块；所述底板上开设有多个与顶针通过孔一一对应的盲孔；每个所述盲孔内嵌入安装有若干叠加放置的弹性圈；所述弹性圈的内径小于顶针的直径，且若干弹性圈的下端面与盲孔底部相接，若干弹性圈叠加后的高度不低于盲孔高度；所述多个限位块可拆卸固定在底板上，且每个限位块的下表面一一对应压接一个盲孔内的若干弹性圈的上端面；每个所述限位块上设置有一个导向通孔；所述顶针通过孔、盲孔、弹性圈和导向通孔同轴心线；每个所述顶针穿过一个盲孔内的弹性圈及对应限位块的导向通孔。
进一步，所述盲孔的侧壁设置有轴向的排气槽；所述排气槽连通盲孔的上下端面。
进一步，所述导向通孔内径与顶针直径的差，小于顶针通过孔内径与顶针直径的差。
进一步，所述弹性圈的外径不小于盲孔内径。
进一步，所述底板上开设有多个沉孔；所述限位块一一对应嵌入在沉孔内；所述盲孔一一对应开设在沉孔底部。
进一步，所述盲孔的底部还设置有定位孔；所述定位孔的直径略大于顶针直径。
进一步，所述多个限位块与底板通过螺栓固定连接。
进一步，还包括传动机构；所述传动机构为真空焊接波纹管;所述真空焊接波纹管包括伸入真空腔室的波纹管管体和位于波纹管管体内沿轴向的推拉杆；所述波纹管管体位于真空腔室外的一端与真空腔室的外壁密封连接；波纹管管体位于真空腔室内的一端与所述底板密封连接；所述推拉杆一端与所述底板固定连接；所述推拉杆的另一端与升降驱动机构的主轴相连；所述升降驱动机构驱动固定在推拉杆上的底板克服波纹管管体的弹力升降。
进一步，所述推拉杆的另一端与升降驱动机构的主轴通过绝缘连接件相连。
本发明还提出一种等离子刻蚀系统，包括上述的用于真空腔室的顶针升降装置。
有益效果：本发明的弹性圈套在顶针外周，弹性圈弹性变形直径变长，对顶针产生径向力，从而两者之间产生轴向的摩擦力，顶针难以相对弹性圈轴向位移。
弹性圈被压紧在顶针与盲孔之间，使弹性圈不会产生径向的位移以及轴向的位移；而且若干弹性圈被压紧定位在限位块与盲孔底部之间，防止产生轴向位移；限位块施加到若干弹性圈的压力，使弹性圈弹性变形压扁，进一步增大了对弹性圈对顶针的径向力，从而增大了弹性圈对顶针的摩擦力，使弹性圈与顶针的连接更加稳固。
限位块上的导向通孔可对顶针进行刚性的导向，使顶针与顶针通过孔对中精确，且不会倾斜。
通过上述结构，顶针安装座将顶针固定并精确导向对中，大大降低了顶针与顶针通过孔摩擦断裂的可能性，防止顶针下落不到位，同时也防止了由于顶针上下区域压差的存在而引起的飞针情况。
附图说明
图1为本发明的顶针安装座的分解示意图；
图2为本发明的顶针升降装置的结构示意图；
图3为本发明的等离子刻蚀系统的结构示意图；
图4为本发明的底板的结构示意图；
图5为本发明的限位块的结构示意图；
图6为本发明的顶针安装座的局部剖视图。
具体实施方式
如图2，本发明提出一种用于等离子刻蚀系统的真空腔室的顶针升降装置，包括升降驱动机构1、多个顶针2和一个顶针安装座3；所述多个顶针2安装在顶针安装座3上，所述升降驱动机构1用于驱动顶针安装座3及顶针2升降。
如图3，所述真空腔室4内设置有载物台6，等离子刻蚀系统中载物台6可以是下电极；所述载物台6上设置有多个顶针通过孔；所述多个顶针2升降时，一一对应穿过顶针通过孔。
如图1和图6，所述顶针安装座3包括底板301和多个限位块302。
如图4，所述底板301上开设有多个沉孔301c。每个沉孔301c底部开设有盲孔301a，所述盲孔301a与顶针通过孔一一对应。每个所述盲孔301a内嵌入安装有若干叠加放置的弹性圈301b；所述弹性圈301b的内径小于顶针2的直径，且若干弹性圈301b的下端面与盲孔301a底部相接，若干弹性圈301b叠加后的高度不低于盲孔301a高度。所述盲孔301a的底部还设置有定位孔；所述定位孔的直径略大于顶针2直径。
如图5，所述限位块302一一对应嵌入固定在沉孔301c内，且每个限位块302的下表面一一对应压接一个盲孔301a内的若干弹性圈301b的上端面；每个所述限位块302上设置有一个导向通孔302a。
所述顶针通过孔、盲孔301a、弹性圈301b和导向通孔302a同轴心线。
使用时，首先将弹性圈301b嵌入至盲孔301a内，然后顶针2穿过弹性圈301b，直至插入定位孔进行初步定位；接着将限位块302的导向通孔302a穿过顶针2，然后限位块302通过螺栓固定在沉孔301c内，压紧盲孔301a内的弹性圈301b。
由于所述弹性圈301b的内径小于顶针2的直径，弹性圈301b套在顶针2外周，弹性圈301b弹性变形直径变长，对顶针2产生径向力，从而两者之间产生轴向的摩擦力，顶针2难以相对弹性圈301b轴向位移。
所述弹性圈301b的外径不小于盲孔301a内径。弹性圈301b内插入顶针后，弹性圈301b被压紧在顶针2与盲孔301a之间，使弹性圈301b不会产生径向的位移以及轴向的位移。
本实施例中，若干弹性圈301b叠加后的高度略高于盲孔301a高度，若干弹性圈301b被压紧定位在限位块302与盲孔301a底部之间，防止产生轴向位移。并且限位块302施加到若干弹性圈301b的压力，使弹性圈301b弹性变形压扁，进一步增大了对弹性圈301b对顶针2的径向力，从而增大了弹性圈301b对顶针2的摩擦力，使弹性圈301b与顶针2的连接更加稳固。
所述导向通孔302a内径与顶针2直径的差，小于顶针通过孔内径与顶针2直径的差。因此所述导向通孔302a可对顶针2进行刚性的导向，使顶针2与顶针通过孔对中精确，且不会倾斜。
通过上述结构，顶针安装座3将顶针2固定并精确导向对中，大大降低了顶针2与顶针通过孔摩擦断裂的可能性，同时也防止了由于顶针上下区域压差的存在而引起的飞针情况。
为了防止若干弹性圈301b之间，以及弹性圈301b与盲孔301a之间的缝隙区域存有空气，不能及时排出，影响真空腔室4内的真空度，在盲孔301a的侧壁设置有轴向的排气槽301d；所述排气槽301d连通盲孔301a的上下端面，从而保证弹性圈301b在301a内部呈环状被压紧时，上述缝隙区域与真空腔室4内的气体环境连通，在抽气时可以连同缝隙区域一起抽空，不会储存空气。
另外，等离子刻蚀系统使用中，需要将顶针2从载物台6上方拔出，本发明中，通过顶针2与弹性圈301b的挤压产生摩擦力，实现顶针2固定，因此，只需控制顶针2与弹性圈301b之间适当的摩擦力，可通过外力直接将顶针2从载物台6上方拔出。拔出前，将用于固定限位块302的螺栓拧松，可减小弹性圈301b的变形，减小顶针2与弹性圈301b之间的摩擦力，能够更加轻松拔出顶针2。
本发明还包括传动机构5；所述传动机构5为真空焊接波纹管；所述真空焊接波纹管包括伸入真空腔室4的波纹管管体501和位于波纹管管体501内沿轴向的推拉杆502。
所述波纹管管体501位于真空腔室4外的一端设置有固定法兰501a，固定法兰501a的上端面设置有密封圈501b，将固定法兰501a与真空腔室4的外壁紧固连接，并通过密封圈501b实现密封。
波纹管管体501位于真空腔室4内的一端与所述底板301密封连接。
所述推拉杆502一端与所述底板301固定连接；所述推拉杆502的另一端与升降驱动机构1的主轴相连；所述升降驱动机构1驱动固定在推拉杆502上的底板301克服波纹管管体501的弹力升降。
为防止真空焊接波纹管与下电极组件连通导电至升降驱动机构1，损坏升降驱动机构1，所述推拉杆502的另一端与升降驱动机构1的主轴通过绝缘连接件502a相连，绝缘连接件502a可采用塑料或陶瓷等绝缘材料。

Claims (10)

1.一种用于真空腔室的顶针升降装置，包括升降驱动机构（1）、多个顶针（2）和一个顶针安装座（3）；所述多个顶针（2）安装在顶针安装座（3）上，所述升降驱动机构（1）用于驱动顶针安装座（3）及顶针（2）升降；所述真空腔室（4）内设置有载物台（6）；所述载物台（6）上设置有多个顶针通过孔；所述多个顶针（2）升降时，一一对应穿过顶针通过孔；其特征在于：所述顶针安装座（3）包括底板（301）和多个限位块（302）；所述底板（301）上开设有多个与顶针通过孔一一对应的盲孔（301a）；每个所述盲孔（301a）内嵌入安装有若干叠加放置的弹性圈（301b）；所述弹性圈（301b）的内径小于顶针（2）的直径，且若干弹性圈（301b）的下端面与盲孔（301a）底部相接，若干弹性圈（301b）叠加后的高度不低于盲孔（301a）高度；所述多个限位块（302）可拆卸固定在底板（301）上，且每个限位块（302）的下表面一一对应压接一个盲孔（301a）内的若干弹性圈（301b）的上端面；每个所述限位块（302）上设置有一个导向通孔（302a）；所述顶针通过孔、盲孔（301a）、弹性圈（301b）和导向通孔（302a）同轴心线；每个所述顶针（2）穿过一个盲孔（301a）内的弹性圈（301b）及对应限位块（302）的导向通孔（302a）。
2.根据权利要求1所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述盲孔（301a）的侧壁设置有轴向的排气槽（301d）；所述排气槽（301d）连通盲孔（301a）的上下端面。
3.根据权利要求2所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述导向通孔（302a）内径与顶针（2）直径的差，小于顶针通过孔内径与顶针（2）直径的差。
4.根据权利要求3所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述弹性圈（301b）的外径不小于盲孔（301a）内径。
5.根据权利要求4所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述底板（301）上开设有多个沉孔（301c）；所述限位块（302）一一对应嵌入在沉孔（301c）内；所述盲孔（301a）一一对应开设在沉孔（301c）底部。
6.根据权利要求5所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述盲孔（301a）的底部还设置有定位孔；所述定位孔的直径略大于顶针（2）直径。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：还包括传动机构（5）；所述传动机构（5）为真空焊接波纹管;所述真空焊接波纹管包括伸入真空腔室（4）的波纹管管体（501）和位于波纹管管体（501）内沿轴向的推拉杆（502）；所述波纹管管体（501）位于真空腔室（4）外的一端与真空腔室（4）的外壁密封连接；波纹管管体（501）位于真空腔室（4）内的一端与所述底板（301）密封连接；所述推拉杆（502）一端与所述底板（301）固定连接；所述推拉杆（502）的另一端与升降驱动机构（1）的主轴相连；所述升降驱动机构（1）驱动固定在推拉杆（502）上的底板（301）克服波纹管管体（501）的弹力升降。
8.根据权利要求7所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述推拉杆（502）的另一端与升降驱动机构（1）的主轴通过绝缘连接件（502a）相连。
9.根据权利要求1所述的用于真空腔室的顶针升降装置，其特征在于：所述多个限位块（302）与底板（301）通过螺栓固定连接。
10.一种等离子刻蚀系统，其特征在于：包括权利要求1-8任意一项所述的用于真空腔室的顶针升降装置。
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