顶针、升降机构和半导体机台的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种顶针、升降机构和半导体机台。

背景技术：

在刻蚀机台中，需要在工艺腔中设置下电极顶针，下电极顶针作为晶圆在腔体间传送时上下顶放晶圆的传送部件。

现有的刻蚀机台执行产品刻蚀工艺的时间较长，如超过1.5小时，此时，为避免晶圆在工艺过程中被下电极顶针影响，现有的下电极顶针采用陶瓷材料，可以提供热绝缘和电绝缘，避免晶圆背面产生电弧放电现象(arcing现象)。而且现有的下电极顶针为一体成型的细长设计，并包括两部分，用于与晶圆接触的上部的直径通常为1.5mm，而与支架连接的下部的直径通常为1.0mm。较小直径的顶针与晶圆的接触面积小，可减少对晶圆造成的损伤，也不会增大下电极板上穿孔的孔径，有利于晶圆背面的散热。然而，现有的下电极顶针还存在以下问题：

第一、下电极顶针的下部在插入支架上的顶针槽时易折断；

第二、当de-chuck(如解除静电吸附操作)失败或者发生其它异常状况取片时，晶圆被下电极顶针顶起时，下电极顶针易发生折断，断裂的下电极顶针通常置于下电极板内部，有时断裂的下电极顶针更会隐没于支架的顶针槽中，且因为下电极顶针较小且陶瓷比较容易断裂，不方便借助于外部工具去吸附断裂的部分，这就造成更换下电极顶针时还需要拆电极板，甚至于支架，该操作需要执行拆卸腔体的动作，严重增加了机台复机时间及操作人员的工作量，降低了产能；

第三、下电极顶针的高度不可调整，易造成晶圆放置不平的问题，增大了抓取晶圆的失败几率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种顶针、升降机构及半导体机台，其中顶针具有较高的强度，不容易折断，而且当顶针断裂后，可避免拆卸腔体以更换顶针的操作，并且还可对顶针的高度进行微调，确保半导体基片放置的水平度。

为实现上述目的，根据本实用新型的第一个方面，提供一种顶针，用于承托半导体基片，所述顶针包括上部件和下部件，所述上部件的一端和所述下部件的一端螺纹连接。

可选的，所述上部件为陶瓷结构，所述下部件为金属结构，且所述下部件的全部外表面覆盖有保护层。

可选的，所述下部件为纯铝结构，所述保护层为氧化铝层。

可选的，所述下部件的外径小于所述上部件的外径，所述上部件的所述一端具有内孔，所述内孔具有内螺纹，所述下部件的所述一端具有外螺纹，所述下部件的所述一端插入所述内孔并螺纹连接。

可选的，所述下部件的部分长度设置有所述外螺纹，所述内孔从开口位置起的一部分长度设置有所述内螺纹。

可选的，所述内孔的深度不超过所述上部件的总长度的60％。

可选的，所述上部件的外径为1.5mm，所述下部件的外径为1.0mm，所述上部件的长度为29.0mm±2.0mm，所述内孔的深度为17.0mm±2.0mm，所述内螺纹的长度为5.0mm～10mm；所述下部件的长度为25.0mm±2.0mm，所述外螺纹的长度为5.0mm～10mm。

为实现上述目的，根据本实用新型的第二个方面，提供一种升降机构，包括升降驱动装置以及任一项所述的顶针；所述升降驱动装置与所述顶针连接，用于驱动所述顶针做升降运动。

可选的，所述升降机构还包括支架，所述升降驱动装置与所述支架连接，所述支架与所述顶针可拆卸地连接。

为实现上述目的，根据本实用新型的第三个方面，提供一种半导体机台，包括支撑座和所述的升降机构；所述顶针穿过所述支撑座；所述升降驱动装置用于驱动所述顶针相对于所述支撑座做升降运动。

可选的，所述半导体机台还包括腔体，所述支撑座固定设置于所述腔体内，所述升降驱动装置设置于所述腔体外。

可选的，所述上部件为陶瓷结构，所述下部件为金属结构，且所述下部件的全部外表面覆盖有保护层；其中，所述顶针具有一最高位置，且当所述顶针位于所述最高位置时，所述下部件的顶端高出所述支撑座一定高度。

可选的，所述半导体机台为刻蚀机台，且所述下部件的所述顶端高出所述支撑座的高度为2.0mm～3.0mm。

本实用新型提供的顶针为分体结构，包括螺纹连接的上部件和下部件。通过螺纹连接，方便对顶针高度进行微调，确保承托半导体基片的水平度，提高机械手臂抓取半导体基片的成功率。

本实用新型提供的顶针的下部件设计为金属结构，增强了顶针的下部与支架连接的强度，不容易在装配和使用过程中折断顶针，提高了顶针的使用寿命，尤其的，当顶针断裂时，由于下部件的顶端在顶针位于最高位置时高出支撑座一定高度，便于直接拔出断裂的顶针，这样做，无需拆除腔体，也无需进一步拆除支撑座甚至于其他相关结构(如与顶针连接的支架)，使顶针的更换更方便，减少了复机时间，提高了机台产能。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的半导体机台的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的升降机构的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的顶针的结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1是本实用新型实施例提供的半导体机台的结构示意图，图2是本实用新型实施例提供的升降机构的结构示意图，图3是本实用新型实施例提供的顶针的结构示意图。

如图1和图2所示，本实施例提供一种半导体机台，包括腔体1、支撑座2和升降机构3。其中，腔体1为可选的，在一些半导体机台上，如气相沉积机台或刻蚀机台，需要提供腔体1，而在其他半导体机台也可不提供腔体1。以下描述中，虽以腔体1作为示意，对本实施例的半导体机台的结构做进一步的说明，但此示意不构成对实用新型的限定。

所述支撑座2被固定设置，例如固定设置于腔体1内，作用是在执行半导体工艺时放置半导体基片20。进一步的，所述支撑座2为下电极板，用于利用静电力固定半导体基片20。所述升降机构3包括：承托半导体基片20的顶针31；与顶针31的一端连接的升降驱动装置33。所述升降驱动装置33设置于腔体1外并可固定于外部机构上。所述顶针31穿过支撑座2，也即，顶针31在支撑座2的穿孔(即通孔)中可上下活动，不管如何活动，顶针31的至少部分在支撑座2的穿孔内。所述升降驱动装置33用于驱动顶针31相对于支撑座2做升降运动。可选的，所述升降机构3还包括支架32，且所述升降驱动装置33具有输出轴，所述输出轴与支架32固定连接，所述支架32与顶针31可拆卸地连接。所述升降驱动装置33可固定于支架32的中央，以驱动支架32做升降运动，从而带动顶针31上升或下降。

所述升降驱动装置33可以为气缸或者电机。在一些实施例中，所述顶针31的数量至少为3个，至少三个顶针31均匀地分布于支架32的圆周上，以通过至少三个顶针31托举半导体基片20。在另一些实施例中，所述顶针31的数量也可为一个，可与其他顶针配合，一起托举半导体基片20。应知晓，本实用新型对支架32的结构不作限定，支架32的结构可采用已有的支架结构。本实施例中，所述支架32可包括基座321和固定座322，所述固定座322的数量与顶针31的数量一致，每个顶针31可拆卸地设置于对应的一个固定座322上。本实施例中，至少三个所述固定座322均匀地分布于基座321的圆周上，且所述升降驱动装置33固定于基座321的中央。

图3是本实用新型实施例提供的顶针的结构示意图。如图3所示，所述顶针31包括分体成型的上部件311和下部件312；所述下部件312和所述上部件311通常为圆柱体，且所述上部件311的底端和下部件312的顶端螺纹连接。其中，所述上部件311的顶端用于与半导体基片20接触，所述下部件312的底端可与支架32可拆卸地连接。与现有的一体成型的顶针相比，本实施例的顶针31由于两部件通过螺纹连接，故而方便改变两部件之间的相对位置，以此调整顶针31的高度，从而确保半导体基片20放置的水平度，提高抓取半导体基片20的成功率。不仅于此，螺纹连接的紧固性好，不容易脱落，且能达到微调的目的，调整精度高，调整操作也方便。

进一步的，所述固定座322以夹持的方式与下部件312可拆卸地连接，使顶针31拆装方便。例如，所述固定座322具有顶针槽(未图示)，用于容纳下部件312。

较佳的，所述下部件312的材料为金属材料，更优选为与所要执行的半导体工艺的材料相对应的金属材料。例如执行金属铝刻蚀工艺时，所述下部件312的材料较佳地为纯铝。金属材料的使用，增强了顶针312的下部件312与支架32连接的强度，有效地避免了顶针31的下部插入顶针槽时因强度不足而出现被折断的问题。更进一步的，为了增加下部件312的耐腐蚀性和耐磨性，以及更好的防止金属污染，优选在下部件312的外表面上设置保护层(未图示)，所述保护层覆盖下部件312的全部外表面。所述保护层可为由任何耐腐蚀和耐磨的材料制成，更优选为金属氧化物涂层，例如氧化铝层。在实际制备时，可直接在下部件312的表面涂覆得到保护层，也可通过沉积法在下部件312上形成金属层，再通过阳极氧化等将金属层氧化为保护层，或者直接将金属的下部件312的表层部分的材料氧化得到保护层，或者可对下部件312的表面进行改性处理形成保护层，还可先单独制造出保护层后，再将保护层与下部件312相结合。因此，本实用新型对保护层的设置方式不加限定。

在一些实施例中，如图3所示，所述上部件311的底端设置有内孔(未标注)，所述内孔具有内螺纹(未图示)，且所述下部件312的顶端外表面具有外螺纹，使下部件312的顶端插入所述上部件311的内孔并与之螺纹连接即可。本实用新型对下部件312上形成外螺纹的区域的长度不限定，具体根据实际需要调整的距离来设定。进一步的，所述下部件312的部分长度的外表面形成有外螺纹。所述上部件311上的内孔的深度也不限定，其只要根据下部件312所插入的最大长度来设定。较佳的，为了保证上部件311的强度，所述内孔的深度优选不超过上部件311总长度的60％，例如58％、50％、40％等。所述内孔中的全部长度或部分长度可以被设置成内螺纹，较佳的，所述内孔中的部分长度被设置成内螺纹，例如所述内螺纹从所述内孔的开口位置向内延伸一部分长度，这样设置，制作简单，加工成本低。

进一步的，所述上部件311的外径优选大于下部件312的外径，且这些部件的外径均与现有的半导体机台上的相关结构的尺寸(如下电极板上穿孔的尺寸、支架32上顶针槽的尺寸)相匹配，这样做，一方面可保证陶瓷材料的上部件311的强度，另一方面可避免对现有半导体机台上与顶针31配合的相关结构做改进，降低改造成本。例如为了与现有的amecdrie机台相匹配，所述上部件311的外径可为1.5mm，所述下部件312的外径可为1.0mm。应理解，如果不考虑对半导体机台上的相关结构进行改造，则在另外的实施例中，所述上部件311可设置外螺纹，且所述下部件312设置内螺纹，使上部件311的底端插入下部件312之顶端的内孔并与之螺纹连接。因此，在其他实施例中，所述上部件311的外径也可小于下部件312的外径，但为了保证陶瓷材料的上部件311的强度，上部件311的外径不宜过小。而且所述下部件312可具有均一或不均一的外径。

本实施例中，所述顶针31通常具有最高位置和最低位置；当所述顶针31处于所述最高位置时，此最高位置也是顶针31托举半导体基片20的位置；当所述顶针31处于所述最低位置时，此最低位置也是工艺位置，即是对半导体基片20执行半导体工艺的位置。当所述顶针31托举半导体基片20时，所述顶针31伸出支撑座3一定高度；而当所述顶针31处于所述最低位置时，所述顶针31收进支撑座3而不伸出。

进一步的，当顶针31在托举半导体基片20时，若顶针31发生断裂，此时，为了方便取出断裂的顶针31，优选在最高位置处，所述下部件312的顶端高出支撑座2一定高度，如此构造，即使上部件311断裂，也可通过下部件312高出支撑座2的长度，直接拔出断裂的顶针31，这样做，无需执行拆除腔体以拆除支撑座2和支架32的操作，使顶针的更换更方便，从而减少了复机时间，增加了机台产能。

如图3所示，当所述顶针31处于最高位置时，所述下部件312的顶端距离支撑座2的上表面的高度h优选为2.0mm～3.0mm，如在amecdrie机台中，上述高度h优选为2.0mm。应理解，在实际使用中，主要是上部件311穿入支撑座2，且由于上部件311为陶瓷材料，故而容易断裂，断裂后，在支撑座2内部仍然暴露有断裂的陶瓷以及内嵌的金属，但由于金属材料的强度高于陶瓷，韧性好，在拔出过程中也不容易断裂，故而可利用下部分312的强度将整个断裂部分取出，无需再拆除支撑座2和支架32。

本实用新型对上部件311和下部件312的长度不限定，具体可根据实际使用的半导体机台的要求来设定。例如在amecdrie机台中，所述上部件311的长度l1可为29.0mm±2.0mm，所述下部件312的长度l2可为25.0mm±2.0mm。进一步的，所述上部件311的底端的内孔的长度可选为17.0mm±2.0mm，且所述内孔的内径与下部件312的外径相匹配，例如所述下部件312的外径为1.0mm，所述上部件311的内孔的内径也为1.0mm。此外，所述下部件312上的外螺纹的长度可为5.0mm～10.0mm，且所述上部件311中的内孔的内螺纹的长度为5.0mm～10.0mm。进一步的，所述内螺纹的长度小于或等于外螺纹的长度。

进一步在一示范性的实施例中，当所述半导体机台为amecdrie机台或其他类型的刻蚀机台时，所述上部件311的外径为1.5mm，所述长度l1为29.0mm，所述下部件312的外径为1.0mm，所述长度l2为25.0mm，所述下部件312的外螺纹长度为5.0mm，所述上部件311的内孔的长度为17.0mm，所述上部件311的内螺纹的长度为5.0mm，进一步的，当所述顶针31位于最高位置时，所述下部件312暴露在外的长度l3为11.0mm，且所述下部件312的顶端高出支撑座2的高度h为2.0mm。

进一步的，本实施例提供的半导体机台可以是刻蚀机台，也可以是气相沉积机台或其他半导体机台(如冷却机台)，较佳的为amecdrie机台。还应理解，对半导体机台中不涉及改进的部分，本实用新型不作详细描述。

综上，与现有技术相比，本实用新型提供的顶针31为分体结构，包括螺纹连接的上部件311和下部件312。这里，通过螺纹连接，方便对顶针31高度进行微调，确保承托半导体基片20的水平度，提高机械手臂抓取半导体基片20的成功率。且所述半导体基片20包括但不限于为晶圆。

此外，本实用新型提供的顶针31的下部件312设计为金属结构，增强了顶针31的下部与支架32连接的强度，不容易在装配和使用过程中折断顶针31，提高了顶针31的使用寿命和稳定性。尤其的，当顶针31断裂时，由于下部件312的顶端在顶针31位于最高位置时高出支撑座2一定高度，便于直接拔出断裂的顶针31，这样做，无需拆除腔体，也无需进一步拆除支撑座2甚至于支架32，使顶针31的更换更方便，减少了复机时间，提高了机台产能。

应理解，上述实施例具体公开了本实用新型优选实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本实用新型。本领域技术人员应当理解，在本申请文件公开内容的基础上，容易将本实用新型做适当修改，以实现与本实用新型所公开的实施例相同的目的和/或实现相同的优点。本领域技术人员还应该认识到，这样的相似构造不脱离本实用新型公开的范围，并且在不脱离本实用新型公开范围的情况下，它们可以进行各种改变、替换和变更。