一种等离子体处理器、晶片顶升装置及其方法与流程

[0001]
本发明涉及等离子处理，特别涉及一种等离子体处理器、晶片顶升装置及其方法。


背景技术：

[0002]
在半导体晶片处理设备中，当晶片在传输腔和真空处理腔之间传输时，需要用顶升装置将晶片升起或降落，实现晶片离开静电吸盘表面或落到机械臂的表面，从而实现与静电吸盘脱附或为机械臂取片留出高度空间。
[0003]
而在晶片与静电吸盘的静电吸附和脱附的过程中对晶片与静电吸盘表面的平行度和高度有很高的要求，也就对支撑晶片的顶升装置的高度和三根顶针的顶端形成的平面与静电吸盘上平面的平行度有非常高的要求；同时顶升装置需要上下移动，而非常轻薄的晶片在跟随顶升装置移动的过程中会因为顶升装置移动的轻微的抖动或运动不一致发生偏移，这同样要求整个结构制造和安装具有很高的精度；另外，顶升装置在真空的一侧是在刻蚀环境中，不能在它上下移动的过程中给高纯环境中带来粒子。
[0004]
如图1所示，传统的顶升装置101通过其下方的气缸106气体整体推动进行上下移动，但是顶升装置101的高度无法单独调节。同时，顶升装置101上下移动的波纹管104与它的导向衬套105是分体组装的，实际安装中无法很好保证波纹管104和导向衬套105之间的同心度，但是为了保证三个波纹管104的可移动性，波纹管104的导向端与导向衬套105之间被迫留有较大的间隙(gap)，在安装过程中难以保证三个顶针的间隙一致，也就难以保证波纹管104上部固定密封端和下部导向端的同心度，造成顶升装置倾斜、晃动，运动不平稳。另外，顶升装置101倾斜后会与安装板103和基板102上的静电吸盘之间摩擦，且顶升装置101与波纹管104的固定小孔之间也会产生摩擦以及掉渣，这些都会成为高纯环境中的颗粒源，形成污染物；传统的设计依靠现有的工业制造水平难和安装精度都难以避免这些问题。
[0005]
基于上述可知，现有的顶升装置没有独立地高度调节功能，则研发一种高度独立可调和真空密封的晶片顶升装置实为必要。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种等离子体处理器、晶片顶升装置及其方法，通过高度调节组件调节和固定顶针高度，实现多个顶针的顶端的高齐平度；调节工具穿过基座和安装板上的开孔直至反应腔体外，则不用将整个下阴极从反应腔中拆出在外部调节，可以直接在反应器内的安装板上方调节顶针的高度，大大提高安装和工作效率，减少下阴极拆卸过程中带来的各种风险；通过支架将顶针中心轴和导向衬套进行过盈配合形成一个刚性的整体，同轴度好且不受安装影响，限制顶针中心轴仅在垂直方向移动，不发生倾斜，顶针不会与波纹管触碰摩擦，也不会造成顶针与静电吸盘发生刮擦而产生污染颗粒。
[0007]
为了达到上述目的，本发明通过以下方案实现：
[0008]
一种用于等离子体处理器的晶片顶升装置，所述等离子体处理器包括一反应腔，所述反应腔内设置一基座，用于支撑处理晶片，所述基座下方设置一安装板，用于承载所述
基座，所述基座和所述安装板设置若干个通孔形成对应的若干个导向通道，所述晶片顶升装置包含：
[0009]
顶针组件，至少部分位于所述导向通道内，所述顶针组件包括升降顶针和驱动所述升降顶针升降的顶针中心轴，所述顶针中心轴外设有密封波纹管；
[0010]
驱动组件，用于驱动所述顶针组件的升降顶针在所述导向通道内升降；
[0011]
高度调节组件，包括高度可调支架，所述高度可调支架一端与所述顶针中心轴相连，另一端连接一调节螺钉；贯穿所述安装板设有一高度调节孔，所述高度调节孔用于容纳一高度调节工具对所述调节螺钉进行旋转，实现对高度可调支架的高度调节，所述高度调节工具可移除地位于所述高度调节孔内。
[0012]
优选地，所述高度可调支架设置在所述驱动组件的上方，所述高度可调支架通过所述调节螺钉与所述驱动组件连接。
[0013]
优选地，所述高度调节工具包含调节工具芯部，所述高度调节工具芯部穿过所述高度调节孔与所述调节螺钉接触，用于旋转所述调节螺钉以紧固或松懈所述调节螺钉。
[0014]
优选地，所述高度调节工具还包含调节工具外圈，位于所述调节工具芯部外侧，所述调节工具外圈用于旋转调节螺钉外侧的锁紧螺母以紧固或松懈所述锁紧螺母。
[0015]
优选地，所述高度可调支架和所述驱动组件上下之间设有若干个导销，防止所述高度可调支架与所述驱动组件发生相对滑动或倾斜。
[0016]
优选地，所述高度可调支架与所述顶针中心轴的下部固定连接；所述顶针中心轴的下部选取一段加工成扁平段，所述高度可调支架设有与所述扁平段相匹配的u型豁口，所述u型豁口的开口方向朝向所述扁平段一侧，所述u型豁口插向所述扁平段并卡设在所述扁平段的外侧实现固定连接。
[0017]
优选地，所述升降顶针的下部嵌设在所述顶针中心轴内。
[0018]
优选地，所述安装板上方设有一高度校准件，选取所述高度校准件的一定高度的水平面与各升降顶针的目标位置进行高度比较，适应性调节对应高度可调支架的高度，校准所有的升降顶针在同一高度；所述高度校准件可移除地位于所述安装板上方。
[0019]
优选地，所述密封波纹管外侧套设有一导向套筒，所述导向套筒和其上方的所述基座之间设有法兰盘，所述法兰盘位于所述顶针中心轴外侧；所述导向套筒和所述顶针中心轴之间设有至少一个导向部件；所述法兰盘和所述导向套筒，所述导向套筒和所述顶针中心轴外侧的导向部件之间利用过盈配合形成整体，使得所述顶针中心轴沿垂直方向移动。
[0020]
优选地，所述密封波纹管下方的部分顶针中心轴的外侧连接一密封件，用以保持升降顶针上方的真空腔体与外界其他气体的隔离密封。
[0021]
优选地，所述导向部件为导向衬套，所述导向衬套为无油免润滑轴承，其材料为塑料、轴承青铜、石墨镶嵌轴瓦中的一种或多种。
[0022]
优选地，所述高度校准件与所述法兰盘之间通过密封圈实现密封。
[0023]
优选地，所述高度校准件和所述安装板之间设有固定件，该固定件的内侧压在法兰盘的上端且外侧压在安装板的上端，用于紧固高度校准件、法兰盘和安装板。
[0024]
本发明还提供了一种采用如上文所述的晶片顶升装置的晶片顶升方法，该方法包含以下步骤：选取高度校准件的一定高度的参考水平面与各升降顶针的目标位置比较，判
断升降顶针是否齐平；高度调节组件的高度调节支架的一端与顶针中心轴连接，高度调节支架的另一端与调节螺钉连接，当存在目标位置未与所述高度校准件的参考水平面平齐的待调整顶针时，利用所述高度校准件下方的安装板上开设的高度调节孔内容纳的一调节工具来旋转所述调节螺钉，带动所述高度可调支架升降，进而带动所述顶针中心轴升降，待调整顶针在导向通道内升降，使得各个升降顶针目标位置的高度与所述高度校准的参考水平面平齐，所有的升降顶针被校准到在同一高度；升降顶针的高度调节过程完成后，移除所述调节工具和所述高度校准件，通过驱动组件驱动所述高度可调支架向上运动，带动顶针中心轴上升以及升降顶针上升，升降顶针的顶端接触晶片并将晶片顶起。
[0025]
本发明又提供了一种等离子处理器，包括一反应腔，所述反应腔内设置一基座，用于支撑处理晶片，所述基座下方设置安装板，用于承载所述基座，所述基座和所述安装板设置若干个通孔形成对应的若干个导向通道，用于上文所述的晶片顶升装置中的升降顶针在所述导向通道内升降，最终将所述晶片顶升至设定位置。
[0026]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0027]
(1)本发明的顶针组件连接有高度调节组件，高度调节组件包含调节支架和高度调节工具，可调支架分别与顶针组件和调节螺钉连接，高度调节工具对所述调节螺钉进行旋转，实现对高度可调支架的高度调节，可以调节顶针高度，从而实现多个顶针的顶端的高齐平度，保证晶片与静电吸盘的安全分离；
[0028]
(2)本发明的调节工具可以在安装板的上方对顶针的高度进行调节，通过在安装板上设置容纳调节工具的开孔，使得本发明不用将整个下阴极从反应腔中拆出在外部调节，可以在顶针组件安装到安装板后在安装板上方进行调节，大大提高安装和工作效率，减少下阴极拆卸过程中带来的各种风险；
[0029]
(3)本发明的顶针中心轴的外侧套设有导向衬套且导向衬套位于支架与顶针中心轴之间，通过支架将顶针中心轴和导向衬套进行过盈配合形成一个刚性的整体，则两者的同轴度好且不受安装影响，顶针中心轴和导向衬套之间间隙非常小，可限制顶针中心轴仅在垂直方向移动，不发生倾斜，顶针不会与波纹管触碰摩擦，也不会造成顶针与静电吸盘发生刮擦而产生污染颗粒，不会给反应器高纯环境带来污染颗粒。
附图说明
[0030]
图1为现有技术的高度不可独立调节的晶片顶升装置结构示意图；
[0031]
图2为本发明具有高度独立可调地晶片顶升装置的等离子体处理器结构示意图；
[0032]
图3为本发明的高度可调和真空密封的晶片顶升装置结构示意图。
具体实施方式
[0033]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0034]
如图2所示，本发明的等离子体处理器包含真空反应腔100，真空反应腔100包括由金属材料制成的大致为圆柱形的反应腔侧壁。反应腔侧壁上方设置一气体喷淋装置120，气
体喷淋装置与气体供应装置110相连。气体供应装置110中的反应气体经过气体喷淋装置120进入真空反应腔100。真空反应腔100内的下方设有用于支撑处理晶片的基座230，基座230下方设置一安装板310，用于承载基座230。反应腔100内设有晶片顶升装置，晶片顶升装置包含若干个顶针组件210。基座230和安装板310都具有若干通孔，安装板上的各个通孔与基座上对应的通孔形成竖直方向的导向通道313。各个顶针组件210的至少部分设置在对应的导向通道313内。
[0035]
如图2-图3所示，每个顶针组件210均包含顶针中心轴318和升降顶针314，升降顶针314下部嵌设在顶针中心轴318上部实现固定连接。当顶针中心轴318向上运动时，带动升降顶针314上升，升降顶针314的顶端会接触晶片240并将晶片240顶起。晶片顶升装置进一步包含驱动组件304，用于驱动顶针组件210的升降顶针314在导向通道内升降。
[0036]
本发明的晶片顶升装置还包含用于在刻蚀开始之前调节顶针组件210高度的高度调节组件200，以及在静电吸盘安装之前用于校准升降顶针314高度齐平度的高度校准件311。该高度校准件311可移除地位于安装板310上方，当升降顶针314高度齐平度校准完成后，将高度校准件311移除，并安装基座230等，然后开始刻蚀工作。
[0037]
顶针中心轴318外侧从上至下依次设有导向套管315、中间法兰盘319和导向套筒302，与由高度校准件311以及安装板310的上述通孔形成的阶梯状通道相匹配，用于支撑顶针组件210；当移除高度校准件311后，导向套管315、中间法兰盘319和导向套筒302与基座230以及安装板310的上述通孔形成的阶梯状通道相匹配。其中，导向套筒302内的中间位置设有一密封波纹管301，且密封波纹管301设置在顶针中心轴318的外侧。
[0038]
如图2-图3所示，本发明的顶针组件210与高度调节组件200连接，用于调整多个升降顶针314的顶端的齐平度，高度调节组件200包含用于调节升降顶针314顶端高度的可调支架305，可调支架305一端与顶针中心轴318相连，另一端连接调节螺钉307。可调支架305通过调节螺钉307与驱动组件304连接，驱动组件304用于驱动可调支架305升降运动，从而可以驱动顶针中心轴318带动升降顶针314在导向通道内升降。在另外的实施例中，驱动组件304可以直接和顶针组件210相连接，而非通过可调支架实现二者的连接。本发明中，驱动组件304驱动若干升降顶针同时升降，高度调节组件分别实现对每一个升降顶针的独立高度调节。其中，可调支架305和驱动组件304均位于安装板310的下方。
[0039]
优选地，顶针中心轴318下部的某一段加工成扁平段3181，可调支架305的一侧设置为u型豁口3051，该u型豁口3051的开口方向朝向扁平段3181一侧，将u型豁口3051插向扁平段3181并卡设在扁平段3181的外侧实现固定连接，便于顶针组件和高度调节组件的安装配合。
[0040]
如图3所示，驱动组件304设置在可调支架305的下方，可调支架305上的第二侧加工有第一螺纹孔，驱动组件304上对应的位置也设有与第一螺纹孔相匹配的第二螺纹孔，调节螺钉307穿过第一螺纹孔和第二螺纹孔将可调支架305与驱动组件304进行连接。同时，为防止长期使用出现可调支架305与调节螺钉307连接松动，则在可调支架305的上方的调节螺钉307上加装一锁紧螺母308。
[0041]
本发明为实现可以在安装板上方调节升降顶针314顶端的高度，高度调节组件还包含一调节工具312。调节工具312穿过开设在安装板310上的开孔(高度调节孔330)实现对调节螺钉的旋转调节。
[0042]
调节工具312包含调节工具外圈3121和调节工具芯部3122，调节工具外圈3121下端与锁紧螺母308相匹配，使得旋转调节工具外圈3121时带动锁紧螺母308转动用以紧固或松懈锁紧螺母308，同时，调节工具芯部3122下端与调节螺钉307相匹配，使得旋转调节工具芯部3122时带动调节螺钉307转动用以紧固或松懈调节螺钉307，实现可调支架305和驱动组件304的固定或松开作用。
[0043]
本发明的调节螺钉307还可以是两个及其两个以上，对应地，锁紧螺母308的数量与调节螺钉307相匹配。
[0044]
本实施例中，在可调支架305和驱动组件304上下之间设置若干个(例如两个个)导销306，用于保证可调支架305在安装和调节中不会与驱动组件304发生相对滑动，对调节螺钉造成阻卡，保证调节顺畅。本发明的导销306不仅限于本实施例中的两个，还可以是其他数量。本发明对此不做限制。
[0045]
本实施例中，在可调支架305和驱动组件304之间设置有穿过调节螺钉307的弹片309，防止调节过程中由于过于松动出现迅速抖动或倾斜，对高度调节造成干扰。
[0046]
为了保证顶升力的均匀分布，本发明的顶升装置设置有多个顶针组件，数量不少于三个，每个顶针组件均对应一个高度调节组件。本实施例中，顶针组件的数量为三个，并呈等腰三角形分布在静电吸盘上的对应的各个孔位。但是本发明的顶针组件并不仅限于三个，分布也不限于等腰三角形，对此不做限制。
[0047]
如图3所示，安装板310上方的高度校准件311可以作为高度测量装置，通过将各个升降顶针314顶端位置与高度校准件311(将高度校准件311作为参考基准)的顶端进行比较判断两者是否齐平，从而判断多个升降顶针314高度的不一致性。当发现三个升降顶针中存在未与高度校准件311顶端平齐的待调整升降顶针时，即其顶端高度比高度校准件311顶端位置低或者其高度比高度校准件311顶端位置高，则需要将该待调整顶针进行抬升或下降，使得该待调整升降顶针的顶端与高度校准件311顶端平齐，具体操作如下：
[0048]
将该待调整升降顶针314对应的调节工具312穿过高度校准件311以及安装板310上的高度调节孔330并伸入到安装板310下方，先旋转调节工具外圈3121来松开锁紧螺母308，然后再通过旋转调节工具芯部3122来松开调节螺钉307，并通过比较升降顶针314相对高度校准件311的高度位置，调整可调支架305的高度位置(例如抬高可调支架305或降低可调支架305)，则可调支架305带动顶针中心轴318上升或下降，则升降顶针314进行上升或下降，调节升降顶针314的高度，直至升降顶针314最上端与高度校准件311上平面齐平时，则通过反向旋转调节工具芯部3122，紧固调节螺钉307，然后再反向旋转调节工具外圈3121来紧固锁紧螺母308，实现可调支架305和驱动组件304的固定作用，最终三个升降顶针314的高度一致，则这三个升降顶针314的顶端形成的平面与高度校准件311顶端平行。
[0049]
本发明不仅限于将高度校准件311的顶端与升降顶针314的顶端位置进行比较来判断齐平度，还可以在升降顶针314上设置刻度和/或在高度校准件311上设置刻度，用以判断多个升降顶针314的高度齐平度。例如，将任意一个升降顶针314作为参考升降顶针，当该参考升降顶针的顶端位置低于高度校准件311的顶端时，此时记录参考升降顶针的顶端处于高度校准件311上的刻度值大小，通过抬升或降低其他的升降顶针使得其他的升降顶针也位于高度校准件311上的同样刻度位置，最终多个升降顶针314的高度一致。再比如，将任意一个升降顶针314作为参考升降顶针，当该参考升降顶针的顶端位置高于高度校准件311
的顶端时，此时记录高度校准件311的顶端处于参考升降顶针上的刻度值大小，通过抬升或降低其他的升降顶针使得高度校准件311的顶端也处于其他的升降顶针上的同样刻度位置，最终多个升降顶针314的高度一致。本发明还包含其他类似的校准方法，在此不做赘述。
[0050]
上述调节过程完成后，移除调节工具312和高度校准件311，通过驱动力驱动所述驱动组件304向上运动，带动可调支架305向上运动，进一步带动顶针中心轴318上升，则升降顶针314上升，升降顶针314的顶端会接触晶片并将晶片顶起。
[0051]
另外，密封波纹管301下方的部分顶针中心轴318的外侧连接有密封件320，用以保持升降顶针314上方的真空腔体与外界其他气体的隔离密封作用。同时，位于密封件320下方的部分顶针中心轴318的外侧套设有一个或两个导向衬套303且导向衬套303位于导向套筒302与顶针中心轴318之间。
[0052]
本实施例中，中间法兰盘319和导向套筒302，以及导向套筒302和顶针中心轴318外侧的导向衬套303之间利用过盈配合形成刚性的整体，使得顶针中心轴318和导向衬套303两者的同轴度好且不受安装影响。因此，顶针中心轴318和导向衬套303之间间隙非常小，限制顶针中心轴318仅在垂直方向移动，不发生倾斜，从而不会造成顶针组件与静电吸盘发生刮擦而产生污染颗粒。
[0053]
本发明的导向衬套303为无油免润滑轴承，其材料包括塑料、轴承青铜或石墨镶嵌轴瓦，承载能力大、耐磨性能好、使用寿命长。
[0054]
本实施例中，调节过程完成后，移除调节工具312和高度校准件311，并安装用于支撑处理晶片的基座230，且中间法兰盘319与基座230之间通过密封圈316实现密封。基座230和安装板310之间设置有固定件317，该固定件317内侧压在中间法兰盘319的上端且外侧压在安装板310上端，实现基座230、中间法兰盘319和安装板310之间紧固作用。
[0055]
综上所述，本发明可以调节顶针高度，实现多个顶针的顶端的高齐平度，保证晶片与静电吸盘的安全分离；本发明不用将整个下阴极从反应腔中拆出在外部调节，可以在顶针组件安装到安装板后在安装板上方进行调节，大大提高安装和工作效率，减少下阴极拆卸过程中带来的各种风险；本发明的顶针中心轴仅在垂直方向移动，不发生倾斜，顶针不会与波纹管触碰摩擦，也不会造成顶针与静电吸盘发生刮擦而产生污染颗粒，不会给反应器高纯环境带来污染颗粒。
[0056]
尽管本发明的内容已经通过上述优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发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。