一种顶针机构水平调节装置的制作方法

1.本发明属于半导体设备技术领域，特别是涉及一种顶针机构水平调节装置。


背景技术：

2.在半导体制造工艺中，尤其是在真空镀膜领域，通常使用机械手使晶圆在各个腔室之间传递，而为了满足机械手抓取晶圆的需要，在各类腔室中通常会使用顶针机构，现有技术中的顶针机构如图1所示，顶针机构与腔体102连接，顶针机构包括三个顶针101，三个顶针101均匀分布在基座103上，且与基座103垂直设置，基座103设置在腔体102内的底部，基座103的底部设有顶升结构，顶升结构包括活动端104和固定端105，活动端104可沿竖直方向运动，且活动端104穿过腔体102与基座103的底部固定连接，固定端105的底部与顶升支架106连接，顶升支架106通过螺栓107连接在腔体102外的底部。
3.使用时，顶升结构的活动端104带动基座103沿竖直方向上下移动，从而使顶针101带动晶圆上下移动，以便机械手抓取晶圆，当顶针101处于顶起状态时，应保证晶圆处于水平状态，否则会导致晶圆发生偏移，进而影响后续的工艺过程，因此，顶针101处于顶起状态时，其顶点所在平面的水平度是保证工艺稳定的重要指标之一。
4.但由于顶升结构是通过螺栓或其他固定方式与腔体连接的，存在以下问题：（1）对设备的加工精度要求高，基座和顶升支架等的加工精度均会影响上述水平度；（2）安装时难以对上述水平度进行调整；（3）长期使用设备的磨损或老化也会导致上述水平度的变化，难以对其进行调整。
5.因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。


技术实现要素：

6.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种顶针机构水平调节装置，用于解决现有技术中的顶针机构对设备加工精度要求高以及安装时难以调整顶针所在平面的水平度的问题。
7.为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种顶针机构水平调节装置，所述水平调节装置包括：多个顶针机构，所述顶针机构包括顶针和顶升结构，所述顶针贯穿腔体底部且位于所述腔体内部，所述顶升结构与所述顶针对应设置，所述顶针底部与所述顶升结构的活动部连接，所述活动部用于驱动所述顶针顶升或降落；多个顶针调节组件，多个所述顶针调节组件分别与多个所述顶针机构相对应设置，所述顶针调节组件包括竖直位移调节单元和角度调节单元；其中，所述竖直位移调节单元通过连接件与所述顶升结构的固定部连接，所述竖直位移调节单元沿竖直方向发生位移，从而实现所述顶针顶点在高度上的调节；所述角度调节单元位于所述竖直位移调节单元与所述腔体之间，且所述角度调节单元的上端与所述腔体底部固定连接，下端与所述竖直位移调节单元固定连接，所述角度
调节单元通过调节所述竖直位移调节单元与所述腔体所在平面之间的角度，以调节所述顶针与腔体底面的角度。
8.优选地，所述竖直位移调节单元包括丝杆滑块机构，所述丝杆滑块机构包括滑块和丝杆，所述滑块的一端与所述连接件固定连接，另一端套接于所述丝杆上，所述丝杆竖直设置于所述腔体的下方，所述丝杆转动以带动所述滑块沿丝杆滑动。
9.优选地，所述竖直位移调节单元还包括驱动电机，所述驱动电机的输出端与所述丝杆下端连接，所述驱动电机驱动所述丝杆转动。
10.优选地，所述角度调节单元包括：顶板，所述顶板的底部分别开设有凹槽和多个螺纹孔；支座，所述支座位于所述顶板的下方，所述支座上开设有多个与所述螺纹孔相对应的通孔，且所述支座上固定有支撑部，所述支撑部呈球形凸起状，并与所述凹槽配合连接；多个紧固螺栓，多个所述紧固螺栓分别穿设于所述通孔中并与所述螺纹孔配合连接。
11.优选地，所述驱动电机的输出端与所述丝杆之间设置有联轴器，所述联轴器的输入端与所述驱动电机的输出端连接，所述联轴器的输出端与所述丝杆连接，所述联轴器用于传递所述驱动电机所提供的动力。
12.优选地，所述连接件上沿竖直方向设置有限位结构，所述限位结构的两端均伸出所述连接件。
13.优选地，所述驱动电机的顶端设置有第一限位板，所述第一限位板用于限制所述顶升结构的行程下限，所述顶升结构移动至行程下限时，所述限位结构与所述第一限位板接触；所述腔体底部连接有第二限位板，所述第二限位板用于限制所述顶升结构的行程上限，所述顶升结构移动至行程上限时，所述限位结构与所述第二限位板接触。
14.优选地，所述顶针上安装有第一距离传感器，所述第一距离传感器用于测量所述顶针顶点与所述顶针上方障碍物之间的距离。
15.优选地，所述水平调节装置还包括设置于所述角度调节单元下端的支架，所述支架上安装有水平传感器，所述水平传感器用于测量所述角度调节单元下端所在平面与水平面之间的角度。
16.优选地，所述所述角度调节单元下端还安装有第二距离传感器，所述第二距离传感器用于测量所述活动部顶端与所述腔体底端的相对距离。
17.如上所述，本发明的顶针机构水平调节装置，具有以下有益效果：本发明提供一种顶针机构水平调节装置，便于顶针机构的安装且顶针顶点所在平面的水平度可调，该水平调节装置包括多个顶针机构和多个顶针调节组件，顶针机构包括顶针和顶升结构，顶针调节组件包括竖直位移调节单元和角度调节单元，在整个装置进行安装时，将多个顶针均调整至顶起位置，通过调整角度调节单元中的支座至合适的角度，实现快速调节各个顶针与腔体底面的角度，从而使多个顶针的顶点所在平面处于水平状态，以解决现有技术中设备安装时难以调整顶针所在平面水平度的问题；因装置中各设备加工精度不高或装配误差导致各顶针顶点所在平面的水平度偏差时，将腔体调节至水平后调整支座与腔体底面的角度，就可以补偿上述水平度偏差，从而降低了对各设备加工精度的要求。
18.本发明中的装置在长期使用过程中，因设备老化、磨损或疲劳造成顶针顶点所在
平面的水平度的变化，可通过驱动电机驱动丝杆转动以带动滑块在丝杆上发生位移，通过精确控制丝杆的转数，从而实现顶针顶点所在平面的水平度的校准，无需对整个装置中的设备进行重新拆装，能够保持整个装置的稳定性。
19.本发明中的竖直位移调节单元和角度调节单元相互配合，可以同时实现单个顶针顶点的高度和水平度的调节，能够应对更复杂的水平度调节的情况，并且本发明中还设置有第一距离传感器、第二距离传感器和水平传感器，通过预设的调节程序，实现多个顶针顶点所在平面的水平度的快速自动调节。
附图说明
20.图1显示为现有技术中顶针机构的安装剖视结构示意图。
21.图2显示为本发明具体实施例中顶针调节组件的结构示意图。
22.图3显示为本发明具体实施例中顶针机构水平调节装置的第一视角结构示意图。
23.图4显示为本发明具体实施例中顶针机构水平调节装置的第二视角结构示意图。
24.图5显示为本发明具体实施例中角度调节单元的剖视结构示意图。
25.图6显示为本发明具体实施例中顶针的局部剖视结构示意图。
26.元件标号说明101、顶针；102、腔体；103、基座；104、活动端；105、固定端；106、顶升支架；107、螺栓；200、顶针调节组件；210、顶针；211、顶针本体；212、第一距离传感器；220、顶升结构；231、连接件；232、滑块；233、联轴器；234、驱动电机；235、丝杆；241、支座；242、支撑部；243、顶板；244、紧固螺栓；250、支架；251、第二距离传感器；260、水平传感器；270、限位结构；300、腔体。
具体实施方式
27.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
28.请参阅图2至图6。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，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，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
29.需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
30.针对现有技术中由于顶升结构是通过螺栓与腔体连接的，对设备的加工精度要求高，基座和顶升支架等的加工精度均会影响顶针顶点所在平面的水平度，设备安装时难以对顶针顶点所在平面的水平度进行调整，且设备长期使用造成的设备老化、磨损或疲劳也
会导致上述水平度的变化，难以对其进行调整的问题。
31.本发明提供一种顶针机构水平调节装置，便于顶针机构的安装且顶针顶点所在平面的水平度可调，该水平调节装置包括多个顶针机构和多个顶针调节组件，顶针机构包括顶针和顶升结构，顶针调节组件包括竖直位移调节单元和角度调节单元，在整个装置进行安装时，将多个顶针均调整至顶起位置，通过调整角度调节单元中的支座至合适的角度，实现快速调节各个顶针与腔体底面的角度，从而使多个顶针的顶点所在平面处于水平状态，以解决现有技术中设备安装时难以调整顶针所在平面水平度的问题；因装置中各设备加工精度不高或装配误差导致各顶针顶点所在平面的水平度偏差时，将腔体调节至水平后调整支座与腔体底面的角度，就可以补偿上述水平度偏差，从而降低了对各设备加工精度的要求；本发明中的装置在长期使用过程中，因设备老化、磨损或疲劳造成顶针顶点所在平面的水平度的变化，可通过驱动电机驱动丝杆转动以带动滑块在丝杆上发生位移，通过精确控制丝杆的转数，从而实现顶针顶点所在平面的水平度的校准，无需对整个装置中的设备进行重新拆装，能够保持整个装置的稳定性；另外，本发明中的竖直位移调节单元和角度调节单元相互配合，可以同时实现单个顶针顶点的高度和水平度的调节，能够应对更复杂的水平度调节的情况，并且本发明中还设置有第一距离传感器、第二距离传感器和水平传感器，通过预设的调节程序，实现多个顶针顶点所在平面的水平度的快速自动调节。
32.参阅图2-图6所示，本发明提供一种顶针机构水平调节装置，该水平调节装置包括多个顶针机构和多个顶针调节组件200；顶针机构包括顶针210和顶升结构220，顶针210贯穿腔体300底部且位于腔体300内部，顶升结构220与顶针210对应设置，顶针210底部与顶升结构220的活动部连接，活动部用于驱动顶针210顶升或降落；多个顶针调节组件200分别与多个顶针机构相对应设置，顶针调节组件200包括竖直位移调节单元和角度调节单元，竖直位移调节单元通过连接件231与顶升结构220的固定部连接，竖直位移调节单元沿竖直方向发生位移，从而实现顶针210顶点在高度上的调节；角度调节单元位于竖直位移调节单元与腔体300之间，且角度调节单元的上端与腔体300底部固定连接，下端与竖直位移调节单元固定连接，角度调节单元通过调节竖直位移调节单元与腔体300所在平面之间的角度，以调节顶针210与腔体300底面的角度。
33.具体的，参阅图2所示，顶升结构220包括活动部和固定部，活动部的一端与顶针210底部连接，活动部的另一端插接于固定部内，固定部的位置相对固定不变，活动部相对于固定部在驱动作用下沿竖直方向运动，关于活动部通过驱动装置进行升起或降落的，在本实施例中，该驱动装置可以为气弹簧结构或液压装置，但并非局限于此，关于驱动活动部升起或降落的驱动装置可根据需要进行选择性设置，此处不做过分限制。
34.进一步的，当顶针210处于顶升状态时，顶针210是贯穿腔体300底部且位于腔体300内，顶针210用于顶起晶圆，此时，顶升结构220的活动部是否贯穿腔体300底部，还要根据顶针210的长短结合实际使用情况的需要综合考虑，在此不做过分限制。
35.进一步的，通过角度调节单元来调整竖直位移调节单元与腔体300底部所在平面之间的角度，角度的变化带动顶升结构220的固定部发生角度和高度的改变，从而调节顶针210与腔体300底面的角度，多个角度调节单元和/或多个竖直位移调节单元配合，可以用于调节多个顶针210顶点所在平面的水平度。
36.在实际应用中，整个装置进行安装时，将顶针210调整至顶起位置，通过角度调节
单元调整竖直位移调节单元和腔体300底部所在平面之间的角度，由于顶升结构220与竖直位移调节单元相连接，顶针210顶点所在平面的水平度和顶针210顶点的位置会随着竖直位移调节单元和腔体300底部所在平面之间的角度的调整而发生改变，进而可以快速的将顶针210顶点所在平面调整至水平状态，随后通过固定角度调节单元以完成整个装置的安装；整个装置使用时，如果需要对顶针210顶点所在平面的水平度重新进行调整，无需对整个装置进行任何的拆卸，只需要调节竖直位移调节单元即可，从而调节不同的顶针210机构的顶针210的高度，进而调整多个顶针210顶点所在平面的水平度。
37.作为示例，包括丝杆滑块机构，丝杆滑块机构包括滑块232和丝杆235，滑块232的一端与连接件231固定连接，另一端套接于丝杆235上，丝杆235竖直设置于腔体300的下方，丝杆235转动以带动滑块232沿丝杆235滑动，从而带动顶升结构220移动，实现单个顶针顶点在高度上的调节。
38.作为示例，竖直位移调节单元还包括驱动电机234，驱动电机234的输出端与丝杆235下端连接，驱动电机234驱动丝杆235转动。
39.进一步的，在整个装置使用过程中，驱动电机234旋转带动丝杆235旋转，丝杆235带动滑块232沿丝杆235的方向移动，从而通过固定部带动顶升结构220移动，通过这样的设置，顶升结构220的高度由竖直位移调节单元调节，顶针210顶点所在平面水平度的精度取决于竖直位移调节单元的精度，因此，竖直位移调节单元中驱动电机234、丝杆235以及滑块232结构的精度直接影响顶针210顶点所在平面的水平度，通过驱动电机234进行控制，可以精确控制丝杆的转数，从而精确控制调节距离，即避免了人工操作的误差，又具有优秀的扩展性，能够大大提高竖直位移调节单元的精度，理论上能够达到小于0.025mm的精度。
40.优选地，滑块232与丝杆235螺纹配合连接，本实施例中的丝杆滑块机构主要是用来将丝杆235旋转运动变换为滑块232的直线运动，根据丝杆235旋转的转数和螺纹的螺距可以精确控制竖直位移调节单元的位移变化，从而将位移量化，能够更加精确的控制顶针210顶点高度的调节。
41.作为示例，驱动电机234的输出端与丝杆235之间设置有联轴器233，联轴器233的输入端与驱动电机234的输出端连接，联轴器233的输出端与丝杆235连接，联轴器233用于传递驱动电机234所提供的动力。
42.具体的，联轴器233是用来将不同机构中的主动轴和从动轴牢固地联接起来一同旋转，并传递运动和扭矩的机械部件，联轴器233可以补偿由于制造安装不精确、工作时变形或热膨胀等原因所发生的偏移，从而在本实施例中设置联轴器233，可以进一步提高整个设备的使用精度。具体关于联轴器233的类型以及具体型号，在此不做过分限制。
43.作为示例，角度调节单元包括：顶板243、支座241和多个紧固螺栓244；顶板243的底部分别开设有凹槽和多个螺纹孔；支座241位于顶板243的下方，支座241上开设有多个与螺纹孔相对应的通孔，且支座241上固定有支撑部242，支撑部242呈球形凸起状，并与凹槽配合连接；多个紧固螺栓244分别穿设于通孔中并与螺纹孔配合连接。
44.具体的，竖直位移调节单元与角度调节单元之间的固定连接可以是通过丝杆235与支座241底部的连接，通过在支座241底部通过轴承与丝杆235转动连接，若丝杆235上端与支座241底部未发生连接，需要通过其他方式将竖直位移调节单元与支座241固定连接。
45.参阅图2所示，在本实施例中，顶板243与腔体300底部重合，顶板243即为本实施例
中的腔体300，在腔体300底部开设有凹槽和多个螺纹孔，支座241上球形凸起状的支撑部242与凹槽相对应配合连接，使用时，调整支座241至合适的角度，紧固螺栓244穿设于通孔中并与螺纹孔配合，实现角度的快速调整和固定，即使因腔体300的加工精度不高产生了水平度的偏差，只需要将腔体300调节至水平，再调节支座241与腔体300底部所在平面的角度，即可补偿水平度上的偏差。
46.在其他实施例中，参阅图5所示，顶板243为单独的一个部件，使用时，将顶板243固定于腔体300底部，在顶板243底部开设凹槽和螺纹孔，通过这样的设置，可以将角度调节单元中的顶板243、支座241和多个紧固螺栓244单独进行加工，可以进一步降低对腔体300加工精度的要求，降低腔体300的废品率。
47.其中，通孔的尺寸略大于紧固螺栓244的外径，以便紧固螺栓244能够穿过通孔且能够在通孔内进行小幅度的调节，具体关于通孔的大小能够满足实际需要即可，关于通孔、螺纹孔和紧固螺栓244的数量、尺寸、分布等，在此不做过分限制；另外，优选地，凹槽的形状的深度可以略小于球形凸起状支撑部242的弧形面的高度，凹槽的半径与弧形面的半径相等，如此能够使顶板243与支撑部242的接触更加稳定，具体关于凹槽和支撑部242弧形面的深度、半径可以根据实际需要进行设定个，在此不做过分限定。
48.作为示例，连接件231上沿竖直方向设置有限位结构270，限位结构270的两端均伸出连接件231。
49.具体的，参阅图2所示，限位结构270为杆状，限位结构270贯穿并伸出连接件231的上下两端，具体关于限位结构270的具体形状、结构，在此不做过分限制。
50.作为示例，驱动电机234的顶端设置有第一限位板，第一限位板用于限制顶升结构220的行程下限，顶升结构220移动至行程下限时，限位结构270与第一限位板接触。
51.具体的，当滑块232通过连接件231带动顶升结构220向下移动时，限位结构270的下端与第一限位板接触，滑块232就不能继续向下移动，从而限制顶升结构220向下发生位移，具体关于第一限位板的具体形状、结构，在此不做过分限制，能够满足实际需要即可。
52.作为示例，腔体300底部连接有第二限位板，第二限位板用于限制顶升结构220的行程上限，顶升结构220移动至行程上限时，限位结构270与第二限位板接触。
53.具体的，当滑块232通过连接件231带动顶升结构220向上移动时，限位结构270的上端与第二限位板接触，滑块232就不能继续向上移动，此时限制顶升结构220向上发生位移，关于第二限位板的具体形状、结构，在此不做过分限制，能够满足实际需要即可。
54.作为示例，顶针210上安装有第一距离传感器212，第一距离传感器212用于测量顶针210顶点与顶针210上方障碍物之间的距离。
55.具体的，参阅图6所示为顶针的局部剖视结构示意图，顶针210包括顶针本体211，第一距离传感器212设置在顶针本体211的顶部，且与顶针本体211的竖直方向平行设置，在晶圆安装前，不同顶针210的第一距离传感器212获取顶针210顶点与腔体300顶部的距离，并以此为依据，通过角度调节单元来调整顶针210顶点所在平面的水平度。另外，在cvd（化学气相沉积）中，第一距离传感器212还可以再晶圆安装前来获取喷淋头与顶针210顶点之间的距离，以此为依据来调整喷淋头与晶圆的平行度，从而提高镀膜的均匀性。
56.作为示例，水平调节装置还包括设置于角度调节单元下端底部的支架250，支架250上安装有水平传感器260，水平传感器260用于测量角度调节单元下端所在平面与水平
面之间的角度。
57.具体的，水平传感器260通过支架250设置于支座241底部，用于测量支座241所在平面与水平面之间的角度，从而获取顶针210与腔体300底面所在平面之间的角度，以此实现多个顶针210顶点所在平面处于水平状态。本实施例中，关于支架250的具体结构以及与其他部件的连接方式，在此不做过分限制。
58.作为示例，角度调节单元下端还安装有第二距离传感器251，第二距离传感器251用于测量活动部顶端与腔体300底端的相对距离。
59.具体的，当顶针210处于顶起的工作状态时，顶升结构220的活动部的行程是固定的，固定部的长度也是固定的，第二距离传感器251到腔体300底部的距离也是固定的，从而通过第二距离传感器251测量第二距离传感器251与固定部底端之间的距离，得出活动部顶端与腔体300底端的相对距离，从而获取顶针210的高度。关于第二距离传感器251在角度调节单元下端的具体安装位置，在此不做过分限制，优选地，第二距离传感器安装于支架的一侧。
60.作为示例，水平调节装置还包括控制器，控制器分别与第一距离传感器212、第二距离传感器251、水平传感器260电性连接。
61.具体的，第一距离传感器212、第二距离传感器251、水平传感器260分别与控制器定性连接，通过预设的调节程序，实现多个顶针210顶点水平度的快速自动调节。
62.综上所述，本发明提供一种顶针机构水平调节装置，便于顶针机构的安装且顶针顶点所在平面的水平度可调，该水平调节装置包括多个顶针机构和多个顶针调节组件，顶针机构包括顶针和顶升结构，顶针调节组件包括竖直位移调节单元和角度调节单元，在整个装置进行安装时，将多个顶针均调整至顶起位置，通过调整角度调节单元中的支座至合适的角度，实现快速调节各个顶针与腔体底面的角度，从而使多个顶针的顶点所在平面处于水平状态，以解决现有技术中设备安装时难以调整顶针所在平面水平度的问题；因装置中各设备加工精度不高或装配误差导致各顶针顶点所在平面的水平度偏差时，将腔体调节至水平后调整支座与腔体底面的角度，就可以补偿上述水平度偏差，从而降低了对各设备加工精度的要求；本发明中的装置在长期使用过程中，因设备老化、磨损或疲劳造成顶针顶点所在平面的水平度的变化，可通过驱动电机驱动丝杆转动以带动滑块在丝杆上发生位移，通过精确控制丝杆的转数，从而实现顶针顶点所在平面的水平度的校准，无需对整个装置中的设备进行重新拆装，能够保持整个装置的稳定性；另外，本发明中的竖直位移调节单元和角度调节单元相互配合，可以同时实现单个顶针顶点的高度和水平度的调节，能够应对更复杂的水平度调节的情况，并且本发明中还设置有第一距离传感器、第二距离传感器和水平传感器，通过预设的调节程序，实现多个顶针顶点所在平面的水平度的快速自动调节。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
63.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。