CN116845024A - 用于晶圆承载装置的顶针机构与晶圆承载装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于晶圆承载装置的顶针机构，包括：顶针，穿设于该晶圆承载装置的基座上的穿孔，并沿该基座的轴向上下可移动；套设于该顶针外的重锤；以及可拆卸固定卡块，卡设在该顶针的下端；其中，该重锤内部有适配该可拆卸固定卡块的空腔。

Description

用于晶圆承载装置的顶针机构与晶圆承载装置
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及晶圆承载装置的顶针机构。
背景技术
在多数的半导体IC工艺的反应室中，通常包括一晶圆承载装置，其一方面提供承载晶圆的功能，以在反应室中对晶圆进行特定工艺，另一方面亦提供了能装载与卸除晶圆的元件，以使晶圆在各反应室间传送时不易损坏。以半导体化学气相沉积设备为例，晶圆承载装置设置于沉积设备的反应室中，该晶圆承载装置包括基座、多个顶针、顶针支撑件以及升降驱动器，其中，基座可为加热器(例如，包含一加热盘)，以使置于基座上的晶圆通过热传导而被加热以进行沉积工艺。基座具有多个穿孔，而顶针分别设置于这些穿孔中，顶针用来支撑放置于其上的晶圆进行升降动作。顶针支撑件托住顶针底部，并由升降驱动器所驱动而可上下运动。晶圆可由机械手臂传送至反应室中，升降驱动器驱动顶针支撑件上升抵住顶针，使顶针经由穿孔上升以接触及向上举起晶圆，并使晶圆离开机械手。
半导体化学气相沉积设备中，随着工艺制程的升级，对晶圆的加热均匀性要求越来越严苛；对于有静电吸附晶圆的工艺制程，晶圆在加热盘上吸附后平整性要求也越来越高，而加热盘上传输晶圆使用的顶针的穿孔位置会让局部的均热性变差，也会导致顶针穿孔位置的吸附力不均匀。
为了改善这些问题，需要尽量减小顶针的尺寸，从而让加热盘上的顶针穿孔尺寸减小，进而提升均热性及吸附力的均匀性。
然而，顶针穿孔直径变小，就需要顶针的直径变细，当顶针细到一定尺寸后，原来的结构方案就无法加工或者出现晶圆传输精度变差的问题。
因此，亟需一种新型的顶针机构，使得顶针直径能够做到足够小的同时仍然不影响加工和安装。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于晶圆承载装置的顶针机构以及一种晶圆承载装置。
该顶针机构包括顶针、可拆卸固定卡块以及重锤。
该顶针穿设于该晶圆承载装置的基座上的顶针穿孔，并沿该基座的轴向上下可移动。
该重锤套设于该顶针外。
该可拆卸固定卡块卡设在该顶针的下端。
其中，该重锤内部有适配该可拆卸固定卡块的空腔。
在一个实施例中，该顶针从上至下依次包括：
上端部，该上端部的外径大于该顶针穿孔的最小内径；
本体；以及
下端部，该下端部的底部为球面，该下端部的四周内凹呈腰型，以便该可拆卸固定卡块的内壁卡住该下端部。
在一个实施例中，该重锤内部沿轴线方向具有贯穿该重锤上下面的空腔，该空腔从上至下包括互相连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体的内径适配于该顶针的该本体的外径，第二腔体的内径适配于该可拆卸固定卡块的外径，该第二腔体的内径大于第一腔体的内径，使得当该可拆卸固定卡块安装在该顶针的该下端部后该重锤下落时该重锤被该可拆卸固定卡块卡住。
在一个实施例中，该可拆卸固定卡块的外径大于该顶针的本体的外径。
在一个实施例中，该可拆卸固定卡块为C型固定卡块。
本发明还提供了一种晶圆承载装置，包括基座、多组顶针机构以及顶针机构支撑板。
该基座用于承载和加热晶圆，该基座上具有多个顶针穿孔。
该多组顶针机构用于支撑放置于其上的该晶圆并进行升降动作。
该顶针机构支撑板设置于该多组顶针机构下方，用于支撑和升降该多组顶针机构。
其中，每组顶针机构包括：
顶针，穿设于该多个顶针穿孔之一，并沿该基座的轴向上下可移动；
该重锤套设于该顶针外。
该可拆卸固定卡块卡设在该顶针的下端。
其中，该重锤内部有适配该可拆卸固定卡块的空腔。
在一个实施例中，该顶针从上至下依次包括：
上端部，该上端部的外径大于该顶针穿孔的最小内径；
本体；以及
下端部，该下端部的底部为球面，该下端部的四周内凹呈腰型，以便该可拆卸固定卡块的内壁卡住该下端部。
在一个实施例中，该重锤内部沿轴线方向具有贯穿该重锤上下面的空腔，该空腔从上至下包括互相连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体的内径适配于该顶针的该本体的外径，第二腔体的内径适配于该可拆卸固定卡块的外径，该第二腔体的内径大于第一腔体的内径，使得当该可拆卸固定卡块安装在该顶针的该下端部后该重锤下落时该重锤被该可拆卸固定卡块卡住。
在一个实施例中，该可拆卸固定卡块的外径大于该顶针的本体的外径。
在一个实施例中，该可拆卸固定卡块为C型固定卡块。
本发明提供的顶针机构结构使得顶针的直径尺寸可以做到非常小的同时仍然不影响加工和安装，且使得加热盘(基座)上的顶针穿孔可以做到很小，从而改善加热盘的均热性以及提升顶针穿孔位置的吸附力的均匀性。
附图说明
本发明的以上发明内容以及下面的具体实施方式在结合附图阅读时会得到更好的理解。需要说明的是，附图仅作为所请求保护的发明的示例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的元素。
图1示出现有技术的顶针与重锤的连接关系；
图2示出又一现有技术的顶针与支撑件的连接关系；
图3A示出又一现有技术的顶针机构的组合状态图；
图3B示出图3A的顶针机构的分解状态图；
图4示出根据本发明一实施例的晶圆承载装置；
图5示出根据本发明一实施例的顶针机构的结构示意图；
图6A～图6D示出根据本发明一实施例的顶针机构装配方法示意图；
图7示出根据本发明一实施例的顶针机构的重锤未下落时的示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合优选实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。
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“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。
另外，在以下的说明中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“水平”、“垂直”应被理解为该段相关附图中所绘示的方位。此相对性的用语仅是为了方便说明之用，其并不代表其所叙述的装置需以特定方位来制造或运作，因此不应理解为对本发明的限制。
能理解的是，虽然在此可使用用语“第一”、“第二”、“第三”等来叙述各种组件、区域、层和/或部分，这些组件、区域、层和/或部分不应被这些用语限定，且这些用语仅是用来区别不同的组件、区域、层和/或部分。因此，以下讨论的第一组件、区域、层和/或部分可在不偏离本发明一些实施例的情况下被称为第二组件、区域、层和/或部分。
在多数的半导体IC工艺的反应室中，通常包括一晶圆承载装置，其一方面提供承载晶圆的功能，以在反应室中对晶圆进行特定工艺，另一方面亦提供了能装载与卸除晶圆的元件，以使晶圆在各反应室间传送时不易损坏。以半导体化学气相沉积设备为例，晶圆承载装置设置于沉积设备的反应室中，该晶圆承载装置包括基座、多个顶针、顶针支撑件以及升降驱动器，其中，基座可为加热器(例如，包含一加热盘)，以使置于基座上的晶圆可经由热传导而被加热以进行沉积工艺。基座具有多个顶针穿孔，而顶针分别设置于这些顶针穿孔中，各顶针用来支撑放置于其上的晶圆进行升降动作。顶针支撑件托住顶针底部，并由升降驱动器驱动而可上下运动。晶圆可由机械手臂传送至反应室中，而升降驱动器驱动顶针支撑件上升抵住顶针，使顶针经由顶针穿孔上升以接触及向上举起晶圆，并使晶圆离开机械手。
半导体化学气相沉积设备中，随着工艺制程的升级，对晶圆的加热均匀性要求越来越严苛；对于有静电吸附晶圆的工艺制程，晶圆在加热盘上吸附后平整性要求也越来越高，而加热盘上传输晶圆使用的顶针的穿孔位置会让局部的均热性变差，也会导致顶针穿孔位置的吸附力不均匀。
为了改善这些问题，需要尽量减小顶针的尺寸，从而让加热盘上的顶针穿孔尺寸减小，进而提升均热性及吸附力的均匀性。
然而，顶针穿孔直径变小，就需要顶针的直径变细，当顶针细到一定尺寸后，原来的结构方案就无法加工或者出现安装问题以及晶圆传输精度变差的问题。
图1示出现有技术的顶针与重锤的连接关系。如图1所示，该顶针101与重锤102螺纹连接。该方案存在的问题是顶针更换不便，制造成本较高。
图2示出又一现有技术的顶针与支撑件的连接关系。如图2所示，顶针201与支撑件中嵌入磁性材料202(氧化铁、氧化铬、钴等)再烧结成形，通过磁力方式将顶针于支撑件固定。该方案存在的问题是磁性材料的磁性在高温条件下易减弱，对材料和工艺要求较高。
图3A示出又一现有技术的顶针机构的组合状态图。该顶针机构包括顶针301、两个分体重锤302以及销钉303。两个分体重锤302组合后将顶针301夹在中间，然后通过顶部两个销钉303连接。图3B示出图3A的顶针机构的分解状态图。对于这种通过插销固定重锤的方式，当顶针直径减小到一定范围内，就无法在顶针上打孔插销固定重锤，且对于凸台304固定重锤的方式，凸台304将是整根顶针穿过顶针穿孔的最大尺寸。因此，顶针的最小穿孔直径取决于凸台304外径尺寸，进而无法将顶针穿孔尺寸做到很小。
图4示出根据本发明一实施例的晶圆承载装置。该晶圆承载装置包括基座402、多组顶针机构以及顶针机构支撑板405。该基座402用于承载晶圆401。该基座402可为加热器(例如，加热盘)，以使置于基座402上的晶圆401可经由热传导而被加热以进行沉积工艺。每组顶针机构包括顶针403和重锤404。基座402的平台上具有多个顶针穿孔，每组顶针机构的顶针403穿设于一顶针穿孔中。该多组顶针机构用来支撑放置于其上的晶圆进行升降动作。顶针机构的下方设置有顶针机构支撑板405，用于托住顶针机构底部，并由升降驱动器(未示出)驱动而上下运动。实际工作中，晶圆401可由机械手臂传送至反应室中，升降驱动器驱动顶针机构支撑板405上升抵住顶针机构，使顶针机构的顶针403经由顶针穿孔上升以接触及向上举起晶圆401，并使晶圆401离开机械手。
图5示出根据本发明一实施例的顶针机构的结构示意图。本发明的顶针机构可以使得顶针直径做到足够小，从而可以使得基座(加热盘)上的顶针穿孔做到足够小，进而提升均热性及吸附力的均匀性。
本发明的顶针机构包括顶针403、重锤404以及可拆卸固定卡块501。在一个实施例中，该可拆卸固定卡块501为C型固定卡块。
顶针403经顶针穿孔穿设于基座(加热盘)，并可沿基座的轴向上下位移，用于顶起基座上的晶圆。可拆卸固定卡块501卡设在顶针403的下端。重锤404内部有适配该可拆卸固定卡块501的空腔。本发明提供重锤的目的在于增加顶针重量，防止顶针尺寸太小而被气流吹走。
图6A～图6D示出根据本发明一实施例的顶针机构装配方法示意图。该装配方法包括以下步骤：
步骤601：将顶针穿过基座的顶针穿孔，参见图6A。
步骤602：在基座下方将重锤由下而上套设于顶针外，参见图6B。
步骤603：将可拆卸固定卡块安装在顶针的下端部，参见图6C。
步骤604：将重锤落下，重锤由该可拆卸固定卡块卡住，参见图6D。
需要指出的是，重锤必须在可拆卸固定卡块安装之前套设在顶针外。
图7示出根据本发明一实施例的顶针机构的重锤未垂下时的示意图。
该顶针403包括上端部701、本体705和下端部702。上端部701的外径大于顶针穿孔的最小内径，从而不让顶针403从基座中掉落。下端部702的底部为球面，下端部702四周内凹呈腰型，以便可拆卸固定卡块501的内壁卡住下端部702。可拆卸固定卡块501的外径大于顶针403的本体705的外径。
重锤404内部沿轴线方向具有贯穿重锤404上下面的空腔，该空腔从上至下包括互相连通的第一腔体704和第二腔体703，第一腔体704的内径适配于该顶针403的本体705的外径，第二腔体703内径适配于该可拆卸固定卡块501的外径，该第二腔体703的内径大于第一腔体704的内径，使得当可拆卸固定卡块501安装在顶针403的下端部702后重锤404下落时，重锤404被可拆卸固定卡块501卡住，而不往下掉。
本发明提供的顶针机构结构使得顶针的直径尺寸可以做到非常小的同时仍然不影响安装，且使得加热盘(基座)上的顶针穿孔可以做到很小，从而改善加热盘的均热性以及改善顶针穿孔位置的吸附力的均匀性。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
这里采用的术语和表述方式只是用于描述，本发明并不应局限于这些术语和表述。使用这些术语和表述并不意味着排除任何示意和描述(或其中部分)的等效特征，应认识到可能存在的各种修改也应包含在权利要求范围内。其他修改、变化和替换也可能存在。相应的，权利要求应视为覆盖所有这些等效物。
同样，需要指出的是，虽然本发明已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可做出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。

Claims (10)

1.一种用于晶圆承载装置的顶针机构，其特征在于，所述顶针机构包括：
顶针，穿设于该晶圆承载装置的基座上的顶针穿孔，并沿该基座的轴向上下可移动；
套设于该顶针外的重锤；以及
可拆卸固定卡块，卡设在该顶针的下端；
其中，该重锤内部有适配该可拆卸固定卡块的空腔。
2.如权利要求1所述的顶针机构，其特征在于，该顶针从上至下依次包括：
上端部，该上端部的外径大于该顶针穿孔的最小内径；
本体；以及
下端部，该下端部的底部为球面，该下端部的四周内凹呈腰型，以便该可拆卸固定卡块的内壁卡住该下端部。
3.如权利要求2所述的顶针机构，其特征在于，该重锤内部沿轴线方向具有贯穿该重锤上下面的该空腔，该空腔从上至下包括互相连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体的内径适配于该顶针的该本体的外径，第二腔体的内径适配于该可拆卸固定卡块的外径，该第二腔体的内径大于第一腔体的内径，使得当该可拆卸固定卡块安装在该顶针的该下端部后该重锤下落时该重锤被该可拆卸固定卡块卡住。
4.如权利要求2所述的顶针机构，其特征在于，该可拆卸固定卡块的外径大于该顶针的本体的外径。
5.如权利要求1所述的顶针机构，其特征在于，该可拆卸固定卡块为C型固定卡块。
6.一种晶圆承载装置，其特征在于，包括：
基座，用于承载和加热晶圆，该基座上具有多个顶针穿孔；
多组顶针机构，用于支撑放置于其上的该晶圆并进行升降动作；以及
顶针机构支撑板，设置于该多组顶针机构下方，用于支撑和升降该多组顶针机构；
其中，每组顶针机构包括：
顶针，穿设于该多个顶针穿孔之一，并沿该基座的轴向上下可移动；
套设于该顶针外的重锤；以及
可拆卸固定卡块，卡设在该顶针的下端；
其中，该重锤内部有适配该可拆卸固定卡块的空腔。
7.如权利要求6所述的晶圆承载装置，其特征在于，该顶针从上至下依次包括：
上端部，该上端部的外径大于该顶针穿孔的最小内径；
本体；以及
下端部，该下端部的底部为球面，该下端部的四周内凹呈腰型，以便该可拆卸固定卡块的内壁卡住该下端部。
8.如权利要求7所述的晶圆承载装置，其特征在于，该重锤内部沿轴线方向具有贯穿该重锤上下面的空腔，该空腔从上至下包括互相连通的第一腔体和第二腔体，第一腔体的内径适配于该顶针的该本体的外径，第二腔体的内径适配于该可拆卸固定卡块的外径，该第二腔体的内径大于第一腔体的内径，使得当该可拆卸固定卡块安装在该顶针的该下端部后该重锤下落时该重锤被该可拆卸固定卡块卡住。
9.如权利要求7所述的晶圆承载装置，其特征在于，该可拆卸固定卡块的外径大于该顶针的本体的外径。
10.如权利要求6所述的晶圆承载装置，其特征在于，该可拆卸固定卡块为C型固定卡块。
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