CN116153848A - 一种托举机构及半导体设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体制造设备技术领域，公开了一种托举机构及半导体设备。该托举机构包括托举底座、顶针和球帽，顶针竖直设置且下端与托举底座连接，顶针的顶端具有球形的球托部，顶针至少间隔设置有三个，所述球帽上开设有球形槽，所述球托部安装于所述球形槽中并与所述球形槽的槽壁转动配合，所述球帽的球心与所述球托部的球心间隔设置且球帽能绕球托部转动，以调节球帽的顶端高度。本发明通过顶针竖直设置在托举底座上，在晶圆顶针的顶部设置配合的球帽，通过转动球帽即可快速调节球帽的支撑高度，完成晶圆水平度的调节，调节方式灵活便捷，效率高。

Description

一种托举机构及半导体设备
技术领域
本发明涉及半导体制造设备技术领域，尤其涉及一种托举机构及半导体设备。
背景技术
随着IGBT功率器件应用场景的扩大，对IGBT功率器件的性能要求也越来越高，并最终反应到功率器件上游MEMS薄片生产工艺性能稳定性的要求上来。其中，在半导体制备过程中，厚度为200um～400um的晶圆为薄片晶圆。
晶圆在加工过程中，需要承载在吸盘或加热盘等承载件上进行加工，晶圆在承载件上的取放及在不同承载件之间的传输通常需要配合顶针机构和升降机构进行。现有的顶针机构通常包括多个竖直设置的顶柱，顶柱的下端螺纹旋拧于底座上，底座位于承载件下方并与升降机构连接，顶柱上端穿过承载件以实现对晶圆的支撑和顶举。
现有顶针机构通常通过三个顶柱对晶圆进行三点支撑，以实现对晶圆的托举，当多个顶柱顶端高度不一致时，晶圆容易产生倾斜、滑移甚至掉落，尤其对于薄片晶圆，由于其较为轻薄，一旦倾斜则容易发生晶圆滑移或掉落，影响传输过程的正常进行，影响晶圆取放和传输的安全性和可靠性。而现有的顶针机构，通常通过调节顶柱在底座上的连接位置来调节顶柱顶端高度，以使多个顶柱的上端高度相同。然而，由于在顶针机构使用过程中，底座位于承载件下方，底座和顶柱的连接位置受承载件等结构的遮挡而导致调节便利性较差，且需要将顶针机构从承载件上卸下后才能够进行调节，影响调节的效率；同时，调节完毕后再重新装配承载件与顶针机构，也容易因装配误差导致调节后的晶圆支撑面仍然不水平，影响调节效果，且影响顶针机构与承载件的使用配合。
发明内容
本发明的目的在于提供一种托举机构及半导体设备，以解决现有技术的晶圆托举机构不能灵活调节顶针上端高度，晶圆水平度的调节效率低从而影响晶圆生产的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种托举机构，该托举机构包括：
托举底座；
顶针，竖直设置且下端与所述托举底座连接，所述顶针的顶端具有球形的球托部，所述顶针至少间隔设置有三个；
球帽，与所述顶针一一对应设置，所述球帽上开设有球形槽，所述球托部安装于所述球形槽中并与所述球形槽的槽壁转动配合，所述球帽的球心与所述球托部的球心间隔设置，且所述球帽能绕所述球托部转动，以调节所述球帽的顶端高度；
紧固件，所述紧固件用于锁紧调节后的所述球帽和所述顶针，所述紧固件与所述球帽可拆卸连接。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述球帽上设置有与所述球形槽连通的紧固螺纹孔，所述紧固件螺纹旋拧于所述紧固螺纹孔中且末端抵接于所述球托部。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述紧固螺纹孔至少于所述球形槽的两侧各设置一个。
作为一种托举机构的可选技术方案，在经过所述球托部球心的竖直平面内，所述球帽的允许转动角度α为90°～270°；
作为一种托举机构的可选技术方案，所述球帽的顶端相对所述球托部的高度调节范围为0～H，H为0.2mm～1mm。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述球帽的球心位于所述球托部的球心外侧，所述球帽部的球心与所述球托部的球心之间的间距为1mm~4mm。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述球形槽的槽壁及所述球托部的外表面均为经抛光处理的面。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述顶针包括连接部和主体，所述连接部设置为锥形圆台，所述连接部的小端连接所述球托部且大端连接所述主体，所述主体的下端与所述托举底座连接。
作为一种托举机构的可选技术方案，所述顶针的下端设置外螺纹，所述托举底座上设置有固定螺纹孔，所述顶针与所述托举底座通过所述外螺纹与所述固定螺纹孔螺纹连接。
本发明提供一种半导体设备，包括升降机构和水平设置的承载件，所述承载件上开设有安装孔，所述半导体设备还包括所述的托举机构，所述托举底座位于所述承载件的下方，所述顶针穿过所述安装孔，所述升降机构能带动所述托举机构升降，以使所述球帽能选择性地陷入所述安装孔或向上伸出所述承载件。
有益效果：
本发明提供的托举机构，通过在顶针的顶部设置球托部及转动套设在球托部上的球帽，当多个球帽的顶端高度不相同造成晶圆不水平时，通过使球帽相对球托部的转动，即可调节对应球帽的顶端高度，无需对顶针与托举底座的连接高度位置进行调节，调节便利性强；且由于球帽设置于顶针的顶端，在托举机构使用时，球帽位于承载件的上方，球帽与球托部的连接位置不会被承载件遮挡，使得可以在托举机构的使用过程中进行调节，无需将托举机构从承载件上卸下，进一步提高托举机构顶举水平度的调节便利性，提高调节效率。
本发明提供的半导体设备，通过采用上述托举机构，能够提高半导体设备使用过程中的晶圆水平度调节便利性和调节效率，保证晶圆的水平度，降低晶圆加工或传输过程中跌落的概率，提高晶圆加工的效率，降低晶圆加工成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的半导体设备的部分结构的剖视图；
图2是本发明实施例提供的托举机构的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的球帽相对球托部转动以调节顶端高度的示意图；
图4是本发明实施例提供的球帽转动的平面示意图；
图5是本发明实施例提供的球帽的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的顶针的结构示意图。
图中：
10、托举底座；
20、顶针；21、球托部；22、连接部；23、主体；24、安装部；
30、球帽；31、球形槽；32、紧固螺纹孔；
40、晶圆；
50、承载件；501、安装孔；
60、升降机构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”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；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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，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。
在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
如图1所示，本发明提供一种托举机构，其用于半导体设备中，以配合升降机构60实现对晶圆40的支撑和托举，从而实现晶圆40在承载件50上的取放或在不同承载件50之间的转移。本实施例不对承载件50的类型和半导体设备的具体类型进行限制。
如图2所示，本实施例提供的托举机构包括托举底座10、顶针20和球帽30，顶针20竖直设置且下端与托举底座10连接，顶针20的顶端具有球形的球托部21，顶针20至少间隔设置有三个；球帽30与顶针20一一对应设置，球帽30上开设有球形槽31，球托部21安装于球形槽31中并与球形槽31的槽壁转动配合，球帽30的球心与球托部21的球心间隔设置，且球帽30能绕球托部21转动，以调节球帽30的顶端高度。
本实施例提供的托举机构，在应用于半导体制造设备时，托举机构与承载件50及升降机构60配合使用。具体地，承载件50水平设置，且承载件50上开设有安装孔501，托举机构的托举底座10位于承载件50的下方，顶针20穿过安装孔501，托举机构位于承载件50下方并能带动托举机构升降，以使球帽30能够选择性地陷入安装孔501或向上伸出承载件50。当球帽30伸出承载件50时，球帽30的顶端用于托举晶圆40。
本发明提供的托举机构通过在顶针20的顶部设置球托部21及与转动套设在球托部21上的球帽30，当多个球帽30的顶端高度不相同造成晶圆40不水平时，通过使球帽30相对球托部21的转动，即可调节对应球帽30的顶端高度无需对顶针20与托举底座10的连接高度位置进行调节，调节便利性强；且由于球帽30设置于顶针20的顶端，在托举机构使用时，球帽30位于承载件50的上方，球帽30与球托部21的连接位置不会被承载件50遮挡，使得可以在托举机构的使用过程中进行调节，无需将托举机构从承载件50上卸下，进一步提高托举机构顶举水平度的调节便利性，提高调节效率。
值得说明的是，如图3所示，球托部21具有球心O1，球帽30具有球心O2，当O1与O2的连线竖直设置时，球帽30的顶端Tmax在两个球心的延长线上，即Tmax与球心O1之间具有最大间距Hmax=R+d，其中R为球帽30的球经，d为球心O1和球心O2之间的间距。随着球帽30相对球托部21转动，O1与O2的连线随之转动，当O1与O2的连线相对竖直方向转动β角时，球帽30的最高点T为水平面与球帽30顶端的切点，该最高点T与球心O1之间在竖直方向的高度为h为O1B的长度，h小于Hmax，且O1B的长度随β的增大而减小。
进一步地，在经过球托部21球心的竖直平面内，球帽30的允许转动角度α为90°～270°，由此能够保证球帽30的转动效果，提高高度调节效果。
值得说明的是，如图4所示，允许转动角度α为在该竖直平面内，球托部21的球心与球帽30的球心之间的连线在该竖直平面内由一侧极限位置转动至另一侧极限位置时所转过的角度，且当该连线竖直设置时，球帽30顶端高度最大，当该连线与竖直方向之间的夹角越大时，球帽30顶端高度越低。当球帽30的球径及球托部21的球径不变时，球帽30的允许转动角度α越大，球帽30顶端相对球托部21的高度调节范围越大。
进一步地，球帽30的顶端相对球托部21的高度调节范围为0～H，H为0.2mm～1mm。
优选地，球帽30的球心位于球托部21的外侧，以增加调节范围。更为优选地，球帽30的球心与球托部21的球心之间的间距为1mm～4mm。
进一步地，球帽30的球径为3mm～5mm，球托部21的球径为0.7mm～2mm。
优选地，为了实现顶针20和球帽30的良好配合，对球托部21的表面和球形槽31的槽壁进行抛光处理，即球形槽31的槽壁及球托部21的外表面均为经抛光处理的面，以减小球帽30与球托部21之间的摩擦系数，降低摩擦力，提高球帽30的转动顺畅性。
进一步地，托举机构还包括紧固件，紧固件用于锁紧调节后的球帽30和顶针20，紧固件与球帽30可拆卸连接。设置紧固件，有效实现了球帽30和顶针20的紧固，避免因球帽30松动对球帽30的顶端高度造成改变进而影响晶圆40的水平度。
优选地，如图5所示，球帽30上设置有与球形槽31连通的紧固螺纹孔32，紧固件螺纹旋拧于紧固螺纹孔32中且末端抵接于球托部21。在球帽30上设置紧固螺纹孔32，采用顶丝紧固，使顶针20和球帽30配合紧密，拆卸方便，避免在球帽30外部设置紧固件占用空间大，且设置顶丝紧固于球帽30内部，使得紧固件的设置与球帽30的转动互不干涉。
优选地，紧固螺纹孔32至少于球形槽31的相对两侧各设置一个。通过在球形槽31两侧设置紧固螺纹孔32和顶丝，从相对两侧紧固球帽30，使得球帽30更加稳定地安装在顶针20上，避免因紧固不稳定造成球帽30的偏转，提高球帽30的受力平衡性。
在其他实施例中，也可以不设置紧固件，通过设计球帽30与球托部21之间的摩擦力，使得球帽30在调节后可以通过球帽30与球托部21之间的摩擦力保持两者之间的相对稳定。
如图6所示，本实施例中，顶针20还包括连接部22和主体23，连接部22设置为锥形圆台，连接部22小端连接球托部21且大端连接主体23，主体23的下端与托举底座10连接。主体23的设置需要满足托举晶圆40的强度要求，球托部21的直径将影响其球帽30的大小，故而通常主体23的直径和球托部21的直径相差较大，通过设置锥形圆台的连接部22，使其小端连接球托部21，大端连接主体23，使得主体23的直径与球托部21的直径能够分开设置，满足实际应用过程中对主体23和球托部21不同的直径需求，避免由于主体23直径影响导致设置的球托部21和球帽30直径太大。
顶针20的下端设置外螺纹，托举底座10上设置有固定螺纹孔，顶针20与托举底座10通过外螺纹与固定螺纹孔螺纹连接。优选地，顶针20还包括安装部24，安装部24连接在主体23的下端，顶针20为一体成型，安装部24上设置外螺纹，托举底座10上设置有供安装部24插入或取出的固定螺纹孔，安装部24拧入托举底座10。
如图1所示，本实施例还提供了一种半导体设备，包括托举机构、升降机构60和水平设置的承载件50，承载件50上开设有安装孔501，托举底座10位于承载件50的下方，顶针20穿过安装孔501，升降机构60能带动托举机构升降，以使球帽30能选择性地陷入安装孔501或向上伸出承载件50。在升降机构60下降时，顶针20和球帽30被收纳进承载件50，在承载件50上设置安装孔501用于容纳顶针20和球帽30，避免设备进行其他操作时误触到托举机构和晶圆40。
本发明提供的半导体设备，通过采用托举机构，能够提高半导体设备使用过程中的晶圆40水平度调节便利性和调节效率，保证晶圆40的水平度，降低晶圆40加工或传输过程中跌落的概率，提高晶圆40加工的效率，降低晶圆40加工成本。
优选地，升降机构60可以包括气缸，气缸的伸缩杆竖直设置并连接托举底座10，伸缩杆上下运动带动托举机构一起运动，顶针20安装在托举机构上用于托举晶圆40。
在使用托举机构调节晶圆40的水平度时，转动球帽30即可调节球帽30的顶端高度，调节灵活便捷。当多个球帽30的顶端高度不相同时，晶圆40的水平度将会因球帽30支撑不均匀而产生倾斜，此时无需拆卸设备的承载件50，通过调节球帽30转动以使得球帽30的顶端高度达到一致，快速便捷实现晶圆40水平度的调节，最后使用顶丝紧固，顶紧球帽30和顶针20使其不松动。
优选地，安装孔501呈上大下小的阶梯型孔。当需要将晶圆40放置在承载件50上时，承载件50的位置保持不动，升降机构60带动托举机构下降，顶针20和球帽30也随之平稳下降，球帽30上支撑着晶圆40，在此过程中，顶针20的主体23在安装孔501中穿过，球帽30逐渐被收纳至安装孔501的大端，晶圆40放置在承载件50上。安装孔501的大端用于容纳球帽30，安装孔501的小端用于提供主体23的升降空间，优选地，安装孔501的小端与主体23滑动连接，用于导向或限制主体23的垂直度。通过将安装孔501设置为阶梯型孔，进一步优化了承载件50的功能，承载件50容纳球帽30，托举机构能够将晶圆40进行托举和放置，避免了设备在进行其他工序时误触晶圆40。
本实施例中，半导体设备可以为去胶机或其他制备半导体的设备。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种托举机构，其特征在于，包括：
托举底座（10）；
顶针（20），竖直设置且下端与所述托举底座（10）连接，所述顶针（20）的顶端具有球形的球托部（21），所述顶针（20）至少间隔设置有三个；
球帽（30），与所述顶针（20）一一对应设置，所述球帽（30）上开设有球形槽（31），所述球托部（21）安装于所述球形槽（31）中并与所述球形槽（31）的槽壁转动配合，所述球帽（30）的球心与所述球托部（21）的球心间隔设置，且所述球帽（30）能绕所述球托部（21）转动，以调节所述球帽（30）的顶端高度；
紧固件，所述紧固件用于锁紧调节后的所述球帽（30）和所述顶针（20），所述紧固件与所述球帽（30）可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的托举机构，其特征在于，所述球帽（30）上设置有与所述球形槽（31）连通的紧固螺纹孔（32），所述紧固件螺纹旋拧于所述紧固螺纹孔（32）中且末端抵接于所述球托部（21）。
3.根据权利要求2所述的托举机构，其特征在于，所述紧固螺纹孔（32）至少于所述球形槽（31）的两侧各设置一个。
4.根据权利要求1所述的托举机构，其特征在于，在经过所述球托部（21）球心的竖直平面内，所述球帽（30）的允许转动角度α为90°～270°。
5.根据权利要求1所述的托举机构，其特征在于，所述球帽（30）的顶端相对所述球托部（21）的高度调节范围为0～H，H为0.2mm～1mm。
6.根据权利要求1所述的托举机构，其特征在于，所述球帽（30）的球心位于所述球托部（21）的外侧，所述球帽（30）的球心与所述球托部（21）的球心之间的间距为1mm～4mm。
7.根据权利要求1-6任一项所述的托举机构，其特征在于，所述球形槽（31）的槽壁及所述球托部（21）的外表面均为经抛光处理的面。
8.根据权利要求1-6任一项所述的托举机构，其特征在于，所述顶针（20）包括连接部（22）和主体（23），所述连接部（22）设置为锥形圆台，所述连接部（22）的小端连接所述球托部（21）且大端连接所述主体（23），所述主体（23）的下端与所述托举底座（10）连接。
9.根据权利要求1-6任一项所述的托举机构，其特征在于，所述顶针（20）的下端设置外螺纹，所述托举底座（10）上设置有固定螺纹孔，所述顶针（20）与所述托举底座（10）通过所述外螺纹与所述固定螺纹孔螺纹连接。
10.一种半导体设备，包括升降机构（60）和水平设置的承载件（50），所述承载件（50）上开设有安装孔（501），其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的托举机构，所述托举底座（10）位于所述承载件（50）的下方，所述顶针（20）穿过所述安装孔（501），所述升降机构（60）能带动所述托举机构升降，以使所述球帽（30）能选择性地陷入所述安装孔（501）或向上伸出所述承载件（50）。
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