[发明专利]具有自锁定功能的外延生产用可控压力顶笔装置

说明书

技术领域

本发明涉及具有自锁定功能的外延生产用可控压力顶笔装置。

背景技术

外延生产用顶笔通常用于外延片生长前、后的装、取片过程中。在外延生长之前，需要将衬底片放置于石墨基座上，对于立式外延炉而言，操作者需要借助顶笔的支撑将衬底片置于垂直于水平面的石墨基座的安置槽内。外延生长完毕后，操作者通过类似的反向操作借助于顶笔将外延片取下。石墨基座在外延生长过程中为衬底片提供加热功能。然而，由于外延炉自身的原因，通常在外延生长过程中衬底片上部和底部表面的实际温度会有差别。值得指出的是，外延顶笔的另外一个重要作用，即通过对放入石墨基座安置槽内的衬底片表面特定位置施加顶压，达到衬底片和基座的紧密结合，保证在高温外延生长过程中衬底片表面具有均一的温度，从而得到具有良好厚度均匀性和电阻率均匀性的外延片。

现有的外延生产用顶笔不具有压力控制的装置，操作者在使用外延顶笔对衬底片进行顶压时所施加的压力值难免会因人而异，从而得到的顶压效果差异很大，表现为生长出的同规格外延片的厚度均匀性和电阻率均匀性差别很大。此外，在顶笔的实际使用中，特别是在外延片的取片过程中，顶笔头在离开受力表面的过程中会在弹簧的回复力作用下自动复位，这很容易造成对外延片表面的划伤。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有自锁定功能的压力可控外延顶笔装置，特别是能够通过自锁定装置对施加一定压力后的顶笔头的位置进行固定，防止顶笔头在离开作用表面的过程中自动复位，从而避免顶笔头对接触表面造成划伤。

本发明的具有自锁定功能的外延生产用可控压力顶笔装置，包括顶笔头、笔身、滑杆、弹簧、笔杆、预紧螺丝和环形圈，顶笔头紧固在笔身的一端，笔身的另一端设有中心螺纹孔和导向槽，笔杆的顶端设有与导向槽匹配的突出部分，滑杆置于笔杆中，滑杆的一端与笔身的中心螺纹孔螺纹连接，滑杆的另一端具有与笔杆中的环形面配合的凸台，预紧螺丝拧接在筒状笔杆末端的螺纹孔中，弹簧置于笔杆末端的的螺纹孔中，其一端抵住预紧螺丝，另一端抵住滑杆凸台的端面，滑杆外壁设有直角楔型“凸起”，环形圈套在笔杆上，笔杆上有开口，环形圈的内壁与用于锁定滑杆的簧片的一端铰接，簧片的另一端为自由端，伸入笔杆的开口内，环形圈与笔杆构成旋转配合。

顶笔头可为聚酰亚氨(PI)材料，这种材料耐高温，耐腐蚀，自润滑，耐磨损，高强度，和高温硅片接触不会造成融化和变形。笔身和笔杆材料为聚四氟乙烯(PTFE)，这种材料具有极低的摩擦系数、良好的耐磨性以及极好的化学稳定性。滑杆材料为不锈钢或聚四氟乙烯(PTFE)。

本发明的顶笔装置，在弹簧的弹性范围内，根据公式F_实际＝F_预紧力+kΔx，其中k为弹簧的弹性系数，设弹簧的预紧力F_预紧力为实际使用所需的最小压力值F_min。使用时，当顶笔头顶外延片的实际压力大于F_预紧力时，笔身和笔杆之间就会发生相对滑动。设笔身相对于笔杆的滑动距离为Δx，那么顶笔头施加在外延片上的实际压力为F_实际＝F_min+kΔx。操作者通过控制Δx的变化范围，能够将顶笔头施加在外延片上的实际压力F_实际维持在需要的范围内。

使用过程中，随着笔身相对于笔杆滑动距离Δx的增加，与环形圈内壁凸起部分铰接的簧片将沿着直角楔型“凸起”的斜边滑动，直至Δx大于Δx₁时，簧片落入直角楔型“凸起”的直角边一侧并与直角边接触，限制滑杆的反向复位，实现自锁定的目的。设实际使用所需的最大压力值F_max对应的笔身相对于笔杆的滑动距离为Δx_max，那么Δx1满足0<Δx₁<Δx_max。

操作者实际使用该顶笔时，只需做到将顶笔挪离开作用表面时，使笔身相对于笔杆的滑动距离Δx位于Δx₁<Δx<Δx_max范围内，即可避免顶笔头的自动复位。

当需要复位时，转动环形圈，使簧片脱离与直角楔型“凸起”直角边的接触，在弹簧的作用下，滑杆复位，随后将环形圈转回初始位置。

本发明具有下述技术效果：

1.确保不同操作者在使用外延顶笔对置于基座中的衬底片进行顶压时所施加压力值的一致性和可重复性，从而消除人的因素造成的顶片效果差别，提高外延片的电阻率一致性和厚度均匀性。