CN221102049U - 一种基板升降装置和半导体处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基板升降装置和半导体处理装置，基板升降装置包括：支撑部件，用于举起基座上承载的基板；顶升部件，与所述支撑部件连接；驱动部件，与所述顶升部件连接，控制顶升部件并带动支撑部件升降，从而使所述基板升降；其中，所述顶升部件包括：第一连接杆，其包括第一端和第二端，所述第一端与支撑部件连接；第二连接杆，其包括第三端和第四端，所述第三端与所述第一连接杆的第二端连接，第四端与所述驱动部件连接；所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端之间具有弧形连接端面；本装置消除了驱动部件与第二连接杆之间的安装误差带来的影响，降低了对基板升降装置安装精度的要求，提高了基板升降装置的可靠度。

Description

一种基板升降装置和半导体处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体设备领域，尤其涉及一种基板升降装置和半导体处理装置。

背景技术

对半导体衬底或基板的微加工是一种半导体制造领域的常用技术，可以用来制造，半导体、平板显示器、发光二极管等，微加工的一个重要步骤在半导体处理装置的反应腔中进行。

在反应腔中，对晶圆或基板进行外延工艺等工艺时，通过机械手将晶圆或基板传输进反应腔置于基座上，完成工艺后，再通过机械手将晶圆或基板从基座上拿起并传输出反应腔，这个过程中，受限于反应腔的结构设计，需要支撑部件承载着基板下降至基座上，或者，将基板从基座上举起从而使机械手夹持住基板。

一般来说，支撑部件通过一个长度较长的顶杆与气缸连接，在气缸的作用下，控制顶杆使支撑部件升降，所述顶杆的顶部和底部各设有一组导向环；但是在安装过程中，由于很难保证气缸的轴线和顶杆的轴线在一条直线上，导致二者之间存在一个角度，因此在气缸控制顶杆上下运动的时候，会给顶杆施加一个偏心力矩，导致顶杆的运动并不是完全竖直，使顶杆和导向环之间存在过度摩擦，一方面，影响顶杆的动作顺滑性，降低顶杆的使用寿命，严重时还会使顶杆不能正常动作，另一方面，顶杆受到偏心力矩后，还会影响支撑部件的运动，可能导致支撑部件歪斜，从而影响基板的正常放置与举起。

在实际使用中，气缸和顶杆之间的安装误差难以避免，气缸轴线和顶杆轴线也难以处在一条直线上，从而导致上述问题，因此亟需一种降低气缸和顶杆之间安装误差带来的影响的装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是解决目前由于顶杆和气缸之间的安装误差导致的顶杆与导向杆过度摩擦以及影响支撑部件运动的问题。

为实现上述目的，本实用新型提出了一种基板升降装置，包括：支撑部件，用于举起基座上承载的基板；顶升部件，与所述支撑部件连接；驱动部件，与所述顶升部件连接，控制顶升部件并带动支撑部件升降，从而使所述基板升降；其中，所述顶升部件包括：第一连接杆，其包括第一端和第二端，所述第一端与支撑部件连接；第二连接杆，其包括第三端和第四端，所述第三端与所述第一连接杆的第二端连接，第四端与所述驱动部件连接；所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端之间具有弧形连接端面。

可选的，所述弧形连接端面包括，在第一连接杆第二端设置的弧形凸起和在第二连接杆第三端设置的相匹配的弧形凹槽，或者，在第一连接杆第二端设置的弧形凹槽和在第二连接杆第三端设置的相匹配的弧形凸起。

可选的，所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端通过一定位件固定，该定位件与第二连接杆的第三端之间为间隙配合。

可选的，所述定位件为销连接件。

可选的，所述第一连接杆的第二端上设有一对第一定位孔，所述第二连接杆的第三端上设有一对第二定位孔；所述销连接件穿过所述第一定位孔和第二定位孔，连接固定所述第一连接杆和第二连接杆。

可选的，所述第一定位孔的直径与销连接件的直径匹配；所述第二定位孔的直径大于销连接件的直径。

可选的，所述第一连接杆为石英材质。

可选的，所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端之间还设有一转接块。

可选的，所述转接块顶部与第一连接杆可拆卸连接，底部设置有与所述第二连接杆的第三端匹配的弧形凸起或弧形凹槽。

可选的，所述第二连接杆的长度小于第一连接杆的长度。

可选的，所述顶升部件外围设有导向环。

可选的，所述驱动部件为气缸或电机。

可选的，所述支撑部件包括与第一连接杆连接的支撑板，以及分布设置在所述支撑板上的多个顶针，每个所述顶针的顶部穿过基座至基板的背面。

本实用新型还提出了一种半导体处理装置，包括：反应腔；设置在反应腔内部的基座；所述基座下方设有上述的基板升降装置，该基板升降装置可举起基座上承载的基板，或，使基板落在基座上。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：

本方案设置通过弧形端面连接的第一连接杆和第二连接杆作为顶升部件，由于驱动部件与第二连接杆之间的安装误差难以避免，在驱动部件驱动第二连接杆上升或下降时，弧形端面的存在避免了第二连接杆对第一连接杆产生偏转力矩，进而使第一连接杆保持竖直升降，从而避免第一连接杆与导向环之间产生过度摩擦，同时使支撑部件保持水平平稳升降，消除了驱动部件与第二连接杆之间的安装误差带来的影响，降低了对基板升降装置的安装精度的要求，提高了基板升降装置的可靠度；

本方案采用石英材料作为第一连接杆，降低了基板与基板升降装置之间的热传导，还在第一连接杆和第二连接杆之间设置转接块连接，降低了第一连接杆的加工难度；

本方案通过销连接件连接第一连接杆和第二连接杆，并设置销连接件与第二连接杆之间为间隙配合，一方面使第二连接杆能相对第一连接杆在一定范围内偏移从而避免产生偏转力矩，另一方面在第二连接杆下降过程中发生异常卡住的时候，销连接件能将第二连接杆拉回起始位置。

附图说明

图1为现有技术中的基板升降装置和反应腔的结构示意图；

图2为本实用新型一种基板升降装置和反应腔的结构示意图；

图3为本实用新型一实施例的基板升降装置的结构示意图；

图4为本实用新型一实施例的第一连接杆与第二连接杆的连接示意图；

图5为本实用新型另一实施例的基板升降装置的结构示意图；

图6为本实用新型另一实施例的第一连接杆与第二连接杆的连接示意图。

具体实施方式

以下将结合本实用新型实施例中的图1～图6，对本实用新型实施例中的技术方案、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。

需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施方式的目的，并非用以限定本实用新型实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

需要说明的是，在本实用新型中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括明确列出的要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

目前的半导体处理装置，例如化学气相沉积装置，或者其他适用于SiC外延工艺的外延设备，如图1所示，包括反应腔203，反应腔203上部设置有喷淋头组件201，所述喷淋头组件201下方设置有基座204，所述基座204的下方或内部还设有加热器205；当对基板进行外延工艺时，机械手通过传片口202将待处理的基板传送进反应腔203中，放置在基座204上，反应气体通过所述喷淋头组件201进入反应腔203内，到达基板上方，再通过所述加热器205为基板提供外延工艺需要的工艺温度，在该工艺温度下反应气体对基板表面进行外延工艺处理；工艺完成后，机械手再夹持起处理后的基板将其通过传片口202传出反应腔203。

上述过程中，受限于反应腔的结构设计，需要在基座204下方设置多个顶针111，所述顶针111穿过基座204且与加热器205错位设置；在将基板置于基座204上时，顶针111向上伸出基座204的上表面，机械手将基板置于顶针111上，顶针111承载着基板下降，直至基板下表面落在基座204上表面上；在将基板从基座204上移走时，顶针111承载着所述基板上升从而举起基板，使基板的下表面离开基座204，从而机械手容易将基板夹持住。

所述顶针111的升降通过驱动部件103控制，例如，驱动部件103可以是设置在反应腔203外部的气缸，顶针111分布设置在一与基座平行的支撑板101上，气缸103和支撑板101通过一顶杆102连接，考虑到反应腔203的结构，顶杆102还应具有一定的长度；为保证支撑板101水平地升降，气缸103的轴线与顶杆102的轴线应在同一直线上，但在现实中，由于安装误差难以避免，很难保证气缸103与顶杆102的轴线在同一条直线上，从而导致气缸103驱动顶杆102升降时，气缸103会给顶杆102施加一个偏心力矩，使顶杆102与设置在顶杆102外侧的导向环之间产生过度摩擦，一方面影响顶杆102的动作顺滑性，降低顶杆102的使用寿命，严重时还会影响顶杆102的正常运动，另一方面影响支撑板101和顶针111水平平稳升降，继而影响基板的位置准确度。

为解决上述由于顶杆与气缸之间的安装误差导致顶杆受到偏心力矩，从而影响顶杆动作顺滑性和基板升降的问题，本实施例公开一种基板升降装置，如图2所示，包括：支撑部件110、驱动部件130和设置在所述支撑部件110和驱动部件130之间的顶升部件120；所述支撑部件110用于举起基座204上承载的基板，所述顶升部件120与所述支撑部件110连接，所述驱动部件130与所述顶升部件120连接，控制顶升部件120并带动所述支撑部件110升降，从而使基板升降。

所述支撑部件110可以与现有技术中的支撑部件相同或类似，例如，所述支撑部件110包括多个顶针111和支撑板112，所述支撑板112为一水平设置的板状结构，与基座204平行，所述顶针111分布设置在支撑板112的上表面，用于与基板直接接触并承载基板，多个顶针111与加热器205错位设置且一端固定在支撑板112上，另一端穿过基座204至基板的背面，从而顶针111能够把基板从基座204上举起，或者，承载着基板落在基座204上。

所述驱动部件130也可以与现有技术中的驱动部件103相同或类似，例如，可以是气缸或者电机，也可以是其他能够提供驱动力的装置。

如图3所示，所述顶升部件120包括第一连接杆121和第二连接杆124，所述第一连接杆121具有第一端1211和第二端1212，所述第二连接杆124具有第三端1241和第四端1242，其中第一连接杆121的第一端1211与所述支撑板112的下表面连接，第一连接杆121的第二端1212与所述第二连接杆124的第三端1241连接，第二连接杆124的第四端1242与所述驱动部件130连接，驱动部件130提供动力给第二连接杆124上升或下降，从而带动第一连接杆121与支撑部件110上升或下降。

所述顶升部件120外围还设有导向环206，所述导向环206的数量根据实际需要设置，例如，可以在第一连接杆121外围上下分别设置一个导向环206，或者，也可以在第一连接杆121的外围中间位置设置一个导向环206，或者，当第一连接杆121长度较长时或有其他需求时，也可以间隔设置三个及以上的导向环206在第一连接杆121的外围。

所述第一连接杆121的第二端1212与第二连接杆124的第三端1241通过弧形凹槽和弧形凸起匹配连接，图3和图4展示了其中一种匹配方式，其中，所述第一连接杆121的第二端1212设有弧形凹槽125，所述第二连接杆124的第三端1241设有与该弧形凹槽125匹配的弧形凸起126，所述弧形凹槽125稍大于所述弧形凸起126；将该弧形凸起126放在所述弧形凹槽125内，再通过一定位件穿过所述弧形凸起126和弧形凹槽125，从而连接固定所述第一连接杆121的第二端1212与第二连接杆124的第三端1241，本实施例中采用销连接件123作为所述定位件，具体的，在所述第一连接杆121的第二端1212，即弧形凹槽125上，设有一对第一定位孔，在所述第二连接杆124的第三端1241，即弧形凸起126上，设有一第二定位孔，该第二定位孔贯穿所述弧形凸起126，所述第一定位孔和第二定位孔的位置相对应，使用所述销连接件123从第一连接杆121的外侧依次穿过一个第一定位孔、第二定位孔以及另一个第一定位孔，将第一连接杆121的第二端1212和第二连接杆124的第三端1241连接固定。

考虑到当驱动部件130与顶升部件120，即，与第二连接杆124之间的安装存在误差时，驱动部件130和第二连接杆124的轴线不在同一直线上，当驱动部件130驱动第二连接杆124上升或下降时，驱动部件130施加给第二连接杆124的动力也就不在第二连接杆124的轴线上，从而第一连接杆121受到的来自第二连接杆124的动力也不在第一连接杆121的轴线上，通过设置第二连接杆124与第一连接杆121之间的连接端面为弧形，当第二连接杆124施加给第一连接杆121的动力不在第一连接杆121的轴线上时，弧形端面的存在会消除该动力的水平分力，只保留该动力的竖直分力，即第一连接杆121轴线方向上的分力，因此第一连接杆121最终受到的力依然是竖直方向上的，即第一连接杆121轴线方向上的，从而第一连接杆121与导向环206之间不发生过度摩擦，支撑部件110的运动也依然保持水平不受影响。

另外，在顶升部件120下降过程中，正常情况下，第二连接杆124在驱动部件130提供的驱动力的作用下承载着第一连接杆121缓慢平稳下降，从而使支撑部件110承载基板下降，但某些时候发生异常情况可能会使第一连接杆121卡住，此时由于销连接件123的存在连接了第一连接杆121和第二连接杆124，在第二连接杆124下降时，销连接件123会将第一连接杆121拉回起始位置。

由于第二连接杆124施加给第一连接杆121的力不是竖直方向的，设置第二连接杆124的第三端1241与定位件，即销连接件123，二者之间为间隙配合，从而第二连接杆124的第三端1241能够相对第一连接杆121的第二端1212在一定范围内活动以便抵消所述第二连接杆124施加给第一连接杆121的力的水平分力，具体的，所述第一连接杆121的弧形凹槽125上的第一定位孔的直径与销连接件123的直径相匹配，使销连接件123恰好穿过所述第一定位孔，所述第二连接杆124上的弧形凸起126上的第二定位孔的直径略大于销连接件123的直径，二者之间为间隙配合，从而允许第二连接杆124的轴线在一定范围内偏离第一连接杆121的轴线，以便在驱动部件130与第二连接杆124之间存在安装误差时，第二连接杆124的弧形凸起126能够在第一连接杆121的弧形凹槽125内稍稍偏移，从而通过第二连接杆124的弧形凸起126施加给第一连接杆121的力的水平分力被抵消。

在其他实施例中，为降低基板与基板升降装置之间的热传导，选用热导率较低的材料制作所述第一连接杆121，比如选择石英材料，但由于石英材料的硬度较高、不易加工，难以将石英材料的端面加工为弧形凹槽，因此，如图5和图6所示，在第一连接杆121的第二端设置一转接块122，该转接块122的顶部与第一连接杆121的第二端1212可拆卸连接，例如，在第一连接杆121的第二端1212开设一螺纹孔，转接块122的顶部对应设有带螺纹的凸起与该螺纹孔匹配，从而第一连接杆121与转接块122通过螺纹可拆卸连接，或者，在其他实施例中，也可以设置第一连接杆121的第二端1212为带螺纹的凸起，同时转接块122的顶部为匹配的螺纹孔，在石英材料的第一连接杆121的第二端1212开设螺纹孔或带螺纹的凸起的加工难度远小于开设弧形凹槽，因此设置转接块122能够大大减小加工难度；所述转接块122的底部与第二连接杆124的第三端1241通过弧形凹槽125和弧形凸起126匹配连接，具体的，所述转接块122底部设置有与所述第二连接杆124第三端1241的弧形凸起126匹配的弧形凹槽125，该转接块122底部的弧形凹槽125与第二连接杆124第三端1241的弧形凸起126之间的连接与上述实施例中第一连接杆121第二端1212的弧形凹槽125与第二连接杆124第三端1241的弧形凸起126之间的连接相同，故不再赘述。

尽管上述实施例均在第二连接杆124的第三端设置弧形凸起126，在第一连接杆121的第二端1212或者转接块122的底部设置有与该弧形凸起126相匹配的弧形凹槽125，但该弧形凸起126和弧形凹槽125的位置可以交换，并不影响本方案的实施。例如，在另一实施例中，第一连接杆121的第二端1212设有弧形凸起126，或者第一连接杆121的第二端1212与转接块122螺纹连接，该转接块122的底部设有弧形凸起126，所述弧形凸起126上设有一贯穿该弧形凸起126的第一定位孔，第二连接杆124的第三端1241设置有与所述弧形凸起126相匹配的弧形凹槽125，该弧形凹槽125上设有一对第二定位孔，通过销连接件123作为定位件连接所述弧形凸起126和弧形凹槽125，所述销连接件123恰好穿过所述第一定位孔且与第二定位孔之间为间隙配合，因此在第二连接杆124与第一连接杆121的轴线不在同一直线上时，第二连接杆124可相对第一连接杆121在一定范围内偏转而不影响第一连接杆121的竖直运动，从而保证支撑部件110和基板平稳升降，并使第一连接杆121与导向环206不存在过度摩擦。

进一步的，设置第二连接杆124的长度小于第一连接杆121的长度，当驱动部件130施加给第二连接杆124的动力与第一连接杆121的轴线不在同一直线上时，较长的第二连接杆124会放大驱动部件130的动力与第一连接杆121的轴线偏差，因此设置较短的第二连接杆124能够降低驱动部件130与第二连接杆124之间的安装误差带来的偏转影响。

最后，本实用新型还提供一种半导体处理装置，该半导体处理装置包括反应腔，所述反应腔内部设有基座，所述基座下方设有上述实施例记载的基板升降装置，通过该基板升降装置举起基座上的基板，或，使基板落在基座上，通过使用该基板升降装置，有效避免了由于驱动部件与顶升部件之间的安装误差引起的顶升部件与导向环过度摩擦，使基板的上升和下降保持平稳。

尽管本实用新型的内容已经通过上述可选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (14)

1.一种基板升降装置，其特征在于，包括：支撑部件，用于举起基座上承载的基板；顶升部件，与所述支撑部件连接；驱动部件，与所述顶升部件连接，控制顶升部件并带动支撑部件升降，从而使所述基板升降；其中，所述顶升部件包括：

第一连接杆，其包括第一端和第二端，所述第一端与支撑部件连接；

第二连接杆，其包括第三端和第四端，所述第三端与所述第一连接杆的第二端连接，第四端与所述驱动部件连接；

所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端之间具有弧形连接端面。

2.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述弧形连接端面包括，在第一连接杆第二端设置的弧形凸起和在第二连接杆第三端设置的相匹配的弧形凹槽，或者，在第一连接杆第二端设置的弧形凹槽和在第二连接杆第三端设置的相匹配的弧形凸起。

3.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端通过一定位件固定，该定位件与第二连接杆的第三端之间为间隙配合。

4.如权利要求3所述的基板升降装置，其特征在于，所述定位件为销连接件。

5.如权利要求4所述的基板升降装置，其特征在于，所述第一连接杆的第二端上设有一对第一定位孔，所述第二连接杆的第三端上设有一对第二定位孔；所述销连接件穿过所述第一定位孔和第二定位孔，连接固定所述第一连接杆和第二连接杆。

6.如权利要求5所述的基板升降装置，其特征在于，所述第一定位孔的直径与销连接件的直径匹配；所述第二定位孔的直径大于销连接件的直径。

7.如权利要求2所述的基板升降装置，其特征在于，所述第一连接杆为石英材质。

8.如权利要求7所述的基板升降装置，其特征在于，所述第一连接杆的第二端与第二连接杆的第三端之间还设有一转接块。

9.如权利要求8所述的基板升降装置，其特征在于，所述转接块顶部与第一连接杆可拆卸连接，底部设置有与所述第二连接杆的第三端匹配的弧形凸起或弧形凹槽。

10.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述第二连接杆的长度小于第一连接杆的长度。

11.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述顶升部件外围设有导向环。

12.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述驱动部件为气缸或电机。

13.如权利要求1所述的基板升降装置，其特征在于，所述支撑部件包括与第一连接杆连接的支撑板，以及分布设置在所述支撑板上的多个顶针，每个所述顶针的顶部穿过基座至基板的背面。

14.一种半导体处理装置，包括：反应腔；设置在反应腔内部的基座；其特征在于，所述基座下方设有如权利要求1～13中任一项所述的基板升降装置，该基板升降装置可举起基座上承载的基板，或，使基板落在基座上。