半导体晶圆处理设备及其顶针装置的制作方法

本实用新型总体来说涉及半导体制造技术领域，具体而言，涉及一种半导体晶圆处理设备及其顶针装置。

背景技术：

在半导体生产加工工艺中，常常需要将晶圆输送到反应腔内进行加工。该反应腔可以是去光刻胶设备的反应腔。

为方便机械臂将晶圆输送到反应腔内的加热基板上，反应腔内还设置有竖直贯穿加热基板的多根顶针。晶圆传输到反应腔内的步骤为：顶针上升至顶端高于加热基板，机械臂托着晶圆并将晶圆放置在顶针的顶部；然后，机械臂缩回，顶针下降至晶圆的底面与加热基板的上表面完全相贴。

在实践中，顶针偶尔会下降不到位使得加热基板与晶圆之间存在间隙，这样会导致在后续制程工艺中加热基板对晶圆加热不均匀和加热不充分而导致最终产品不良。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本实用新型所要解决的一个技术问题为如何检测顶针的顶端是否下降到位。

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种半导体反应腔晶圆顶针装置，其包括：顶针通道；顶针，位于所述顶针通道内，所述顶针的外周表面包括位于所述顶针顶端的第一环形区域和与所述第一环形区域相邻的第二环形区域，其中，所述第一环形区域和所述第二环形区域的导电性相反；导电件，位于所述顶针通道内侧壁并抵接于所述顶针的外周表面。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一环形区域为绝缘区，所述第二环形区域为导电区。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一环形区域为导电区，所述第二环形区域为绝缘区。

根据本实用新型的一个实施例，还包括检测单元，所述检测单元电连接所述导电区和所述导电件。

根据本实用新型的一个实施例，所述检测单元包括电源、电阻和电压传感器；所述电源与所述导电件相连，用于在所述导电件上施加电压；所述电阻与所述导电件或与所述顶针的导电区串联；所述电压传感器并联于所述电阻两端，用于检测所述电阻两端的电压，或所述电压传感器并联于所述导电区与所述导电件两端，用于检测所述导电区与所述导电件之间的电压。

根据本实用新型的一个实施例，所述检测单元包括电源、电阻和电流传感器；所述电源与所述导电件相连，用于在所述导电件上施加电压；所述电阻与所述导电件或与所述顶针的导电区串联；所述电流传感器与所述电阻串联，用于检测通过所述电阻的电流大小。

根据本实用新型的一个实施例，所述导电件为滚轮环，所述滚轮环安装于所述顶针通道的内侧壁中。

根据本实用新型的一个实施例，所述顶针的横截面为圆形、方形、或者具有与所述滚轮环突出于所述顶针通道内壁部分对应的凹陷。

根据本实用新型的一个实施例，所述顶针由金属制成，所述顶针上的绝缘区为镀在所述顶针上的绝缘层。

根据本实用新型的一个实施例，所述顶针包括三个以上非直线排列的顶针，以及与各个所述顶针对应的所述顶针通道；和/或

所述半导体反应腔晶圆顶针装置还包括用于固定所述顶针装置的基座。

本实用新型还提出了一种半导体晶圆处理设备，其包括：反应腔体；以及位于所述反应腔体的顶针装置。

由上述技术方案可知，本实用新型的半导体反应腔晶圆顶针装置的优点和积极效果在于：由于第一环形区域设置在顶针的顶端，而导电件设置在顶针通道内，只有当顶针的顶端完全缩入到顶针通道内时导电件才能与顶针上的第一环形区域相接触。这时，只需要在第一环形区域和第二环形区域中导电的一个区域与导电件之间施加电压差，并检测该区域与导电件之间是否电导通即可判断出顶针的顶端是否完全缩入到顶针通道内，由此判断出顶针是否下降到位。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本实用新型的优选实施例的详细说明，本实用新型的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本实用新型的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是根据实施例一示出的一种顶针装置在顶针伸出状态下的剖视示意图；

图2是根据实施例一示出的一种顶针的主视示意图；

图3是根据实施例一示出的一种顶针装置在顶针缩入状态下的剖视示意图；

图4是根据实施例一示出的一种导电件的俯视示意图；

图5是根据实施例一示出的一种顶针装置的俯视示意图；

图6是根据实施例二示出的一种顶针的主视示意图；

图7是根据实施例二示出的一种顶针装置在顶针缩入状态下的剖视示意图；

图8是根据实施例三示出的一种顶针的主视全剖示意图；

图9是根据实施例四示出的一种顶针装置在顶针缩入状态下的剖视示意图；

图10是根据实施例五示出的一种顶针与导电件相配合的俯视示意图；

图11是根据实施例五示出的一种顶针与导电件相配合的俯视示意图；

图12是根据实施例六示出的一种顶针装置的俯视示意图；

图13是根据实施例六示出的一种顶针装置在承载晶圆的状态下的主视示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

实施例一

参照图1，图1显示了本实施例中的一种半导体反应腔晶圆顶针装置1。半导体晶圆处理设备包括该半导体反应腔晶圆顶针装置1和反应腔体。该反应腔体可以是去光刻胶设备的反应腔体。半导体反应腔晶圆顶针装置1安装在反应腔体内。半导体反应腔晶圆顶针装置1包括基座13、顶针11、导电件12和检测单元16。

基座13可以是加热基板。基座13上设置有顶针通道131，顶针通道131沿直线延伸，顶针通道131可以是在竖直方向延伸。顶针通道131的横截面优选为圆形。

顶针11为沿直线延伸的直杆。顶针11的横截面优选为圆形。顶针11插入到顶针通道131内，顶针11可以沿顶针通道131在顶针通道131内进行上下往复运动。

参照图2，顶针11的外周表面包括第一环形区域111和第二环形区域112，第一环形区域111和第二环形区域112均呈环形。第一环形区域111设置在顶针11的顶端。第一环形区域111和第二环形区域112沿竖直方向相邻。第一环形区域111和第二环形区域112的导电性相反。

在本实施例中，第一环形区域111为绝缘区，第二环形区域112为导电区。顶针11由金属制成，可以是采用铜、铁、铝及其合金制作。顶针11的顶端部分的外周表面镀有一层绝缘层，该绝缘层为环状。绝缘层的表面即为绝缘区，顶针的外周表面未被绝缘层所覆盖的部分即为导电区。在顶针11上镀绝缘层，工艺简单，制作方便。绝缘层的材料优选为二氧化硅或者氮化硅，二氧化硅和氮化硅绝缘性好，耐磨损，且与顶针11之间结合更紧密。

参照图3，导电件12为导体，可以采用金属制成。导电件12设置在顶针通道131的内侧壁上。导电件12与基座13之间相互绝缘。导电件12与顶针11的外周表面相抵。顶针11在上下往复运动时，顶针11相对于导电件12滑动，导电件12能切换地抵接导电区和绝缘区中的一个。

检测单元16用于检测导电件12与导电区和绝缘区中的哪一个相接触。检测单元16包括电源14、电阻15和电压传感器17。导电区、电阻15、电源14和导电件12串联在一起。电源14可以是电压源，优选为恒压源。电源14与导电件12相连，用于在导电件12上施加电压。电阻15与导电件12或与顶针11的导电区串联。电压传感器17并联于电阻15的两端，用于检测电阻15两端的电压，或电压传感器并联于导电区与导电件12的两端，用于检测导电区与导电件12之间的电压。

若电压传感器17检测电阻15两端的电压，当电阻15两端的电压为零时表明电路断开，导电件12与绝缘区相接触；当电阻15两端的电压不为零时表明电路接通，导电件12与导电区相接触。

若电压传感器17检测导电区与导电件12之间的电压，由于导电区和导电件均为导体，当两者相互接触时两者之间的电压为零，故当测得的电压为零时则表明导电件12与导电区相接触，当测得的电压不为零时则表明导电件12与绝缘区相接触。

参照图3，由于第一环形区域111设置在顶针11的顶端，而导电件12设置在顶针通道131内，只有当顶针11的顶端完全缩入到顶针通道131内时导电件12才能与顶针11上的第一环形区域111相接触。检测单元16中的电压传感器17检测到电阻15两端的电压为零时，表明导电件12与第一环形区域111(即绝缘区)相接触，则意味着顶针11的顶端缩入到了顶针通道131内；检测单元16中的电压传感器17检测到电阻15两端的电压不为零时，表明导电件12与第二环形区域112(即导电区)相接触，则意味着顶针11的顶端没有缩入到了顶针通道131内。由此，可以通过检测单元16来判断顶针11的顶端是否缩入到顶针通道131内。在加工晶圆时，顶针11的顶端需要缩入到顶针通道131内却并未缩入的状态可以被测得以便于维修人员及时维修，避免损失扩大。

优选地，电源14的一个电极连接于导电件12，电源14的另一个电极用于接地。例如，电源14的正极连接于导电件12，电源14的负极用于接地。电阻15的一端连接于导电区，电阻15的另一端用于接地。这样设置后可以通过地面将电源14和电阻15相连，节省导线且更安全。

优选地，参照图4，导电件12为滚轮环。滚轮环安装于顶针通道131的内侧壁中。滚轮环包括轮架121和多个滚轮122。轮架121和滚轮122均为导体，轮架121构造为环状，优选为圆环形。滚轮122为圆形，滚轮122的中部设置有轴孔，轮架121贯穿滚轮122的轴孔以使得滚轮122安装在轮架121上。滚轮122能绕自身轴线滚动。多个滚轮122均匀的布置在轮架121上。轮架121通过导线电连接检测单元16。

参照图5，滚轮环套在顶针11上，滚轮环上的滚轮122均抵接于顶针11的外周表面。顶针11上下滑动时，滚轮环上的滚轮滚动，顶针11与滚轮环之间形成滚动摩擦，顶针11滑动时受到的阻力更小。

实施例二

实施例二中的半导体反应腔晶圆顶针装置1a与实施例一中的半导体反应腔晶圆顶针装置1的区别主要在于顶针的结构不相同，为简约起见，下面仅描述实施例二中两者不同的部分。

参照图6，顶针11a的外周表面包括第一环形区域111a和第二环形区域112a，第一环形区域111a和第二环形区域112a均呈环形。第一环形区域111a设置在顶针11a的顶端。第一环形区域111a和第二环形区域112a沿竖直方向相邻。

第一环形区域111a为导电区，第二环形区域112a为绝缘区。顶针11a由金属制成，可以是采用铜、铁、铝及其合金制作。顶针11a的外周表面除了顶端部分以外均镀有一层绝缘层，该绝缘层为环状。绝缘层的材料为二氧化硅或氮化硅。绝缘层的表面即为绝缘区，顶针11a的外周表面未被绝缘层所覆盖的部分即为导电区。

检测单元16用于检测导电件12与导电区和绝缘区中的哪一个相接触。

参照图7，由于第一环形区域111a设置在顶针11a的顶端，而导电件12设置在顶针通道131内，只有当顶针11a的顶端完全缩入到顶针通道131内时导电件12才能与顶针11a上的第一环形区域111a相接触。检测单元16中的电压传感器17检测到电阻15两端的电压不为零时，表明导电件12与第一环形区域111a(即导电区)相接触，则意味着顶针11a的顶端缩入到了顶针通道131内；检测单元16中的电压传感器17检测到电阻15两端的电压为零时，表明导电件12与第二环形区域112a(即绝缘区)相接触，则意味着顶针11a的顶端没有缩入到了顶针通道131内。由此，可以通过检测单元16来判断顶针11a的顶端是否缩入到顶针通道131内。在加工晶圆时，顶针11a的顶端需要缩入到顶针通道131内却并未缩入的状态可以被测得以便于维修人员及时维修，避免损失扩大。

实施例三

实施例三中的半导体反应腔晶圆顶针装置与实施例一中的半导体反应腔晶圆顶针装置1的区别主要在于顶针的结构不相同，为简约起见，下面仅描述实施例三中两者不同的部分。

参照图8，顶针11b包括金属杆113b和绝缘盘114b。绝缘盘114b可以是采用陶瓷等绝缘材料制作。金属杆113b采用金属材料制作。绝缘盘114b设置在金属杆113b的顶端。绝缘盘114b与金属杆113b之间固定连接。金属杆113b可以设置成圆柱形，绝缘盘114b可以设置成与金属杆113b同轴的圆柱形或圆饼形，绝缘盘114b的外径与金属杆113b的外径相同。

顶针11b的外周表面包括第一环形区域111b和第二环形区域112b，绝缘盘114b的外周表面为第一环形区域111b，金属杆113b的外周表面为第二环形区域112b。这种顶针11b的结构简单，易于制造。

实施例四

实施例四中的半导体反应腔晶圆顶针装置1c与实施例一中的半导体反应腔晶圆顶针装置1的区别主要在于检测单元的结构不相同，为简约起见，下面仅描述实施例四中两者不同的部分。

如图9所示，检测单元16c包括电源14c、电阻15c和电流传感器17c。导电区、电流传感器17c、电阻15c、电源14c和导电件12串联在一起。电源14c可以是电压源，优选为恒压源。电源14c与导电件12相连，用于在导电件12上施加电压。电阻15c与导电件12或与顶针11的导电区串联。电流传感器17c与电阻15c串联，用于检测通过电阻15c的电流。当电流传感器17c检测到电流为零时则表明绝缘区与导电件12相接触；当电流传感器17c检测到电流不为零时，则表明导电区与导电件12相接触。

由于第一环形区域111设置在顶针11的顶端，而导电件12设置在顶针通道131内，只有当顶针11的顶端完全缩入到顶针通道131内时导电件12才能与顶针11上的第一环形区域111相接触。检测单元16c中的电流传感器17c检测到电流为零时，表明导电件12与第一环形区域111(即绝缘区)相接触，则意味着顶针11的顶端缩入到了顶针通道131内；检测单元16c中的电流传感器17c检测到电流不为零时，表明导电件12与第二环形区域112(即导电区)相接触，则意味着顶针11的顶端没有缩入到了顶针通道131内。由此，可以通过检测单元16c来判断顶针11的顶端是否缩入到顶针通道131内。

实施例五

实施例五中的半导体反应腔晶圆顶针装置与实施例一中的半导体反应腔晶圆顶针装置1的区别主要在于顶针和导电件的结构不相同，为简约起见，下面仅描述实施例五中两者不同的部分。

如图10所示，顶针11d的横截面设置成方形，可以是正方形，也可以是长方形。导电件12d为滚轮环。滚轮环安装于顶针通道131的内侧壁中。滚轮环包括轮架121d和四个滚轮122d。轮架121d和滚轮122d均为导体。轮架121d构造为方框形。滚轮122d为圆形，滚轮122d的中部设置有轴孔，轮架121d贯穿滚轮122d的轴孔以使得滚轮122d安装在轮架121d上。滚轮122d能绕自身轴线滚动。四个滚轮122d分别安装在轮架121d的四条边上。轮架121d通过导线电连接检测单元16。

滚轮环套在顶针11d上，滚轮环上的四个滚轮122d分别抵接于顶针11d的四个侧面。顶针11d上下滑动时，滚轮环上的滚轮滚动，顶针11d与滚轮环之间形成滚动摩擦，顶针11d滑动时受到的阻力更小。尤其是，顶针11d的横截面设置成方形，滚轮环也设置成方框形，顶针11d与滚轮环配合更加紧密，顶针11d不能绕自身轴线转动，顶针11d在滑动时更加平稳。

优选地，如图11所示，顶针11d的外周表面上还设置有凹陷115d。凹陷115d为沿顶针11d的长度方向延伸的凹槽。凹陷115d设置有四个，四个凹陷115d分别设置在顶针的四个侧面上。滚轮环的四个滚轮122d均凸出于顶针通道内壁，并分别伸入到四个凹陷115d内。

由于滚轮环突出于顶针通道131内壁的部分伸入到凹陷115d内，顶针通道131与顶针11d之间的间隙可以设置得足够的小，这样污染物难以通过顶针通道131与顶针11d之间的间隙进入到顶针通道131内。

实施例六

在本实施例中，参照图12、13，基座13f上的顶针通道131f至少设置3个。顶针11f至少设置3根。顶针11f的数量与顶针通道131f的数量相同，顶针通道131f与顶针11f一一对应设置，每根顶针11f插入到与其相对应的顶针通道131f内。多根顶针11f不成直线排列。

这样，由于顶针11f至少设置3根且不成直线排列，顶针11f在支撑起晶圆100时能稳妥地托住晶圆100。

优选地，顶针11f设置有三根，每两根顶针11f之间的距离相等。这样，顶针11f在能稳定支撑晶圆100的同时数量也尽可能少，并且每个顶针11f承载晶圆100的重量一致，顶针11f受力更加合理。

应理解，以上描述的多个示例可沿多个方向(如倾斜、颠倒、水平、垂直，等等)并且以多个构造被利用，而不背离本实用新型的原理。附图中示出的实施例仅作为本实用新型的原理的有效应用的示例而被示出和描述，本实用新型并不限于这些实施例的任何具体的细节。

当然，一旦仔细考虑代表性实施例的以上描述，本领域技术人员就将容易理解，可对这些具体的实施例做出多种改型、添加、替代、删除以及其他变化，并且这些变化在本实用新型的原理的范围内。因此，前面的详细描述应被清楚地理解为是仅以说明和示例的方式来给出的，本实用新型的精神和范围仅由所附权利要求书及其等同物限定。