TWI483332B - 晶圓頂針單元、頂針固定件及晶圓製程反應系統 - Google Patents

Description

晶圓頂針單元、頂針固定件及晶圓製程反應系統

本發明係有關於一種頂針單元，尤指一種晶圓頂針單元。

按，在習知半導體晶圓或液晶面板或其它精密加工基板均需要放置於一基板載台，例如靜電吸盤，以進行各式加工處理，但在基板之裝卸過程，基板之處理表面係不可被碰觸，故常見的方式為由載台伸出頂針，以抵觸基板之底面而托起基板，再以水平移動的叉臂載入或載出基板。習知的靜電吸盤的邊緣設有供頂針穿過的孔，孔緣與頂針在正常情況下不應發生接觸。但是當頂針未能被有效且長久地固定於頂針固定裝置時，將使頂針脫落而摩擦或撞擊上述的孔。

由於頂針為金屬材質，一旦與靜電吸盤的孔緣發生摩擦或撞擊，即會產生電弧放電現象(arcing)。頂針的導通放電現象會在其與晶圓背面接觸時，於晶圓的背面邊緣產生半圓形或圓形小白點，稱之為電弧效應點(arcing spot)。具有電弧效應點的晶圓於後續化學機械研磨(CMP)製程時會發生破裂的問題，除了電弧放電現象(arcing)問題之外，靜電吸盤更可能使其被頂針插到而脫離，甚至發生晶圓破片、校正中心點不準、頂針彎曲、使晶圓成品良率大幅下降等多種問題。

緣是，本發明人有感於上述缺失之可改善，乃特潛心研究並配合學理之運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺失之本發明。

本發明之目的之一，係提供一種晶圓頂針單元、頂針固定件及晶圓製程反應系統，該頂針固定件之結構設計具有絕佳的夾持力，且組裝步驟簡單，使用壽命長等優點，進而使該晶圓製程反應系統易於操作。

本發明提供一種晶圓頂針單元，包括有：一承載盤及一頂昇模組，該承載盤設有多個頂針穿孔，並用以承載一晶圓，而該頂昇模組則可移動地設置於該承載盤下方。該頂昇模組包含有一頂昇件、多個頂針固定件及多個頂針；該些頂針固定件均組裝於該頂昇件，並用以夾固該些頂針，每一該頂針固定件具有一中空本體及一座體，且該中空本體設有多個間隔設置的開槽，該中空本體具有相對的頂端與底端，該頂端與該底端之間的距離定義為本體長度，該些開槽均自該頂端該朝底端延伸，並於該本體長度的1/2至4/5位置分別擴大形成一槽孔。藉由該頂昇件朝該承載盤移動，使該些頂針穿設於該些頂針穿孔，並用以頂升該晶圓。

本發明另提供一種頂針固定件，包括：一中空本體及一座體，且該中空本體設有多個間隔設置的開槽，該中空本體具有相對的頂端與底端，該頂端與該底端之間的距離定義為本體長度，該些開槽均自該頂端該朝底端延伸，並於該本體長度的1/2至4/5位置分別擴大形成一槽孔。

另一方面，晶圓頂針單元可配合一反應室本體，以構成一種晶圓製程反應系統。

本發明具有以下有益的效果：由於頂針固定件之中空本體設有多個間隔設置的開槽，且該些開槽均向下延伸至本體長度的1/2至4/5位置，故可有效增加頂針固定件夾固頂針之力量。另外，由於該些開槽於本體長度的1/2至4/5位置具有槽孔，可有效分散頂針固定件夾固頂針時之應力，使夾固的力量長時間維持一致，大幅降低頂針脫落之機會。再者，該些槽孔可有效增加頂針固定件之彈性，使頂針固定件不因夾固頂針應力集中而導致變形，故可延長頂針固定件之使用壽命。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

請參閱圖1至圖3A，如圖1及圖2所示，本發明提供一種晶圓頂針單元1，其包含有一承載盤10及由一可動地設於承載盤10下方之頂昇件11、多個頂針固定件12及多個頂針13所組成之頂昇模組。如圖3A所示，每一個頂針固定件12具有一中空本體121及一座體122；上述之中空本體121設有多個間隔設置的開槽121a，且每一該些開槽121a的底部形成一槽孔121b。由於開槽121a於中空本體121上延伸的長度對頂針固定件12夾固頂針13(如圖2)之力量影響很大，故本發明之頂針固定件12可有效增加頂針固定件12夾固頂針13之力量，且該些槽孔121b的形成，更可有效分散頂針固定件12夾固頂針13時之應力，避免頂針固定件12因長時間夾固頂針13而彈性疲乏，故可維持夾固的力量，大幅降低頂針13脫落之機會，使頂針13有效地固定於頂針固定件12，不會脫落穿出承載盤10，而導致電弧放電現象(arcing)的發生，故可有效提升晶圓的良率，具有經濟效益。另外，該些槽孔121b亦可提升頂針固定件12之彈性，使頂針固定件12不會因夾固頂針13時應力集中而導致變形，故可延長頂針固定件12之使用壽命。

請參閱圖3A至圖3D，以下先說明本發明之頂針固定件12的具體態樣，中空本體121具有相對的頂端FB與底端EB，且頂端FB與底端EB之間的距離定義為本體長度L，該些開槽121a是由頂端FB由上而下平行地朝底端EB延伸形成，且每一開槽121a與其相鄰之開槽121a的間距皆相同；上述該些開槽121a之數量及其相對形成之槽孔121b之形狀均不設限，舉例來說，開槽121a之形狀可為圓形、橢圓形、矩形或其他多邊形等，於本具體實施例中，開槽121a之數量為4個，槽孔121b之形狀為圓形；槽孔121b形成於頂端FB朝底端EB於本體長度L的1/2至4/5位置處，較佳地，槽孔121b形成於本體長度L的2/3位置處。由於槽孔121b可有效避免開槽121a靠近底端EB所造成應力集中的現象，故可使頂針固定件12不易斷裂，即使頂針固定件12隨著頂昇件11(如圖2)上下作動頻繁時，頂針13(如圖2)亦不易自脫落，影響晶圓製程之品質。

另外，如圖3C及圖3D所示，頂針固定件12之座體122具有相對設置之凸部122a及凹部122b，而中空本體121則緊迫地套設於凸部122a，使中空本體121與座體122緊密地結合在一起。平常時，頂針13(如圖2)可進入中空本體121並抵觸於座體122之凸部122a，使頂針13穩固地夾設於頂針固定件12，當欲置換頂針13時，僅需將頂針13自中空本體121抽出再將新的頂針13插入即可，既方便又快速有效率，大幅節省時間。

請復參閱圖1及圖2，本發明之晶圓頂針單元1的承載盤10用以承載一晶圓2(如圖4A)，且承載盤10設有多個頂針穿孔101；如圖2所示，包含有頂昇件11、該些頂針固定件12及該些頂針13之頂昇模組，其可移動地設置於承載盤10下方，用以相對於承載盤10移動上述晶圓2；其中，該些頂針固定件12均組裝於頂昇件11，且該些頂針13均夾固於與其相對應之頂針固定件12。當頂昇件11朝承載盤10移動時，可使該些頂針13穿設於該些頂針穿孔101，且凸出於承載盤10，用以頂升上述晶圓2。上述晶圓2可藉由一水平移動的機械手臂或手動等方式送入或送出本發明之晶圓頂針單元1。

值得注意的是，如圖2及圖3D所示，本發明之晶圓頂針單元1中，該些頂針固定件12與頂昇件11之組裝方式可為黏接、卡接、螺接等方式，但不在此限，於本實施例中，如圖2所示，本發明之晶圓頂針單元1更可包括多個頂針座體14及多個連接元件15，而頂昇件11則具有多個貫通道111，該些貫通道111對應於承載盤10之該些頂針穿孔101；其中，該些頂針固定件12與該些頂針座體14分別位於該些貫通道111之相對兩側，且每一頂針座體14具有一凸起部141。當使用者欲將頂針固定件12組裝於頂昇件11時，僅需將頂針座體14之凸起部141穿設於與其相對應之貫通道111後，再利用連接元件15由下而上地將頂針座體14與頂針固定件12結合在一起，更明確地來說，連接元件15可先穿過頂針座體14而進入頂針固定件12之座體12的凹部122b，而將該些頂針固定件12裝設於該頂昇件11上，上述之連接元件15可為螺絲，但不在此限。藉此，本發明之晶圓頂針單元1之頂針固定件12與頂昇件11具有組裝步驟簡易、組裝方向性明確及有效節省工時等優點。另外，當頂針固定件12或頂針13發生故障時，不需要汰換掉整組承載盤10，而僅需簡單置換頂針固定件12或頂針13即可，故可有效降低成本。

如圖2所示，本發明之晶圓頂針單元1更可包括有一下電極盤16及一彈性件19，下電極盤16可具有一氣壓缸161及一氣壓結構162；其中，頂昇件11容置於氣壓缸161，具體的來說，頂昇件11組裝於氣壓結構162。藉由氣壓結構162之上下作動，帶動頂昇件11靠近或遠離承載盤10。彈性件19是介於承載盤10及下電極盤16之間，用以增加承載盤10與下電極盤16組裝時之氣密性，以維持晶圓頂針單元1內之真空狀態，以利後續晶圓半導體製程之用；其中，上述之彈性件19可為橡膠環(O-ring)，但不在此限。另外，由於多個頂針固定件12均設置於頂昇件11，換言之，該些頂針固定件12均位於同一水平基準面上，故當該些頂針固定件12隨著頂昇件11上下移動時，該些頂針13之頂部邊緣均可呈現互相平行之態樣，使晶圓2(如圖4A)上下移動時不傾斜，有利於後續之晶圓半導體製程。

請參閱圖4A及圖4B，圖4A為本發明晶圓頂針單元之作動示意圖(一)，而圖4B則為本發明晶圓頂針單元之作動示意圖(二)；本發明之晶圓頂針單元1更可包括一馬達17及一電壓源18；其中，馬達17可連結至氣壓結構162，並利用馬達電流移動氣壓結構162(如圖2)，藉以帶動頂昇件11將晶圓2相對於該靜電吸盤移動，而電壓源18則耦合至承載盤10，於本實施例中，承載盤10可為靜電吸盤，該靜電吸盤可以是一單極、雙極或多極吸盤。本發明之晶圓頂針單元1於操作時，一機械臂(未顯示)先將晶圓2送進晶圓製程反應系統3(如圖5)。如圖4A所示，機器臂將晶圓2放置於頂針13之尖端，並藉由頂昇件11升高夾固於頂針固定件12之頂針13，此時，頂昇件11藉由氣壓結構162(如圖2)而移動至氣壓缸161之頂面，相對地，頂針固定件12亦隨著頂昇件11之移動於凸出於氣壓缸161之頂面，而頂針12則穿設於頂針穿孔101以頂升晶圓2至一定距離，換言之，故頂針12凸出於承載盤10，且頂針13設計成用以舉昇晶圓2至高於承載盤10約0.1mm及5cm之間之任何數值或數值範圍處。

如圖4B所示，頂昇件11隨後降低頂針13，並使晶圓2落至承載盤10之上方表面。隨後，電壓源18施加一電壓於承載盤10，以產生靜電力於晶圓2及靜電吸盤之間，以確保晶圓2穩固地吸附於承載盤10，並能適當防止晶圓2於隨後之製程中移動。當於晶圓2固定於承載盤10後，一或多個半導體製程步驟進行，例如在晶圓2上之沈積或蝕刻薄膜等。值得注意的是，此時，頂昇件11藉由氣壓結構162(如圖2)而向下移動至氣壓缸161內，相對地，頂針固定件12亦隨著頂昇件11移動至氣壓缸161內，故頂針12不凸出於承載盤10。這時，晶圓2可開始進行一晶圓製程(如：沈積、蝕刻、清潔等)。

值得注意的是。由於該些頂針13之頂部邊緣均呈現互相平行之態樣，故當該些頂針固定件12隨著頂昇件10上下移動時，可使晶圓2進行上述相關製程程時之均勻度一致，故可有效提升晶圓2之生產良率。

於半導體製程完成後，馬達17電流驅動氣壓結構162使頂昇件11帶動頂針13抬升至一移除位置，以將晶圓2自承載盤10分離。接著，機器臂將完成半導體製程之晶圓2送出晶圓製程反應系統3(如圖5)。並進行下一循環之晶圓半導體製程。

請參閱圖5，圖5為本發明晶圓製程反應系統的立體示意圖；本發明之晶圓製程反應系統3包括有一反應室本體31及一晶圓頂針單元1；其中，晶圓頂針單元1之組成各元件之結構及連接關係如上所述，故不在此贅述，反應室本體31與晶圓頂針單元1可以具備額外或較少的元件，且各元件之配置可加以變化。值得注意的是，反應室本體31可為一真空腔體，以利晶圓2於該真空腔體內進行相關之半導體製程，該真空腔體之外殼可為鋁製，不鏽鋼或其他相容於真空之材料。

綜上所述，本發明之晶圓頂針單元、頂針固定件及晶圓製程反應系統具有以下有益的效果：

(1)本發明之頂針固定件，由於中空本體之該些開槽均延伸至本體長度的1/2至4/5位置，故可有效增加頂針固定件夾固頂針之力量。

(2)本發明之頂針固定件，由於本體長度的1/2至4/5位置擴大形成有槽孔，不但可有效分散頂針固定件夾固頂針時之應力，避免頂針固定件彈性疲乏，更可使夾固頂針的力量長時間維持一致，大幅降低頂針脫落之機會。

(3)本發明之頂針固定件，由於該些槽孔可增加頂針固定件之彈性，使頂針固定件不因夾固頂針應力集中而導致變形，故可延長頂針固定件之使用壽命。

(4)本發明之晶圓頂針單元，其頂針固定件組裝於頂昇件時，具有組裝步驟簡易、組裝方向性明確及有效節省工時等優點。

(5)本發明之晶圓頂針單元，當頂針固定件故障時，不需汰換整組靜電吸盤，僅需簡單置換頂針固定件即可，故可有效降低成本。

(6)本發明之晶圓頂針單元，由於頂針固定件均位於同一水平基準面上，故可使晶圓進行相關製程時的均勻度一致，有效提升晶圓之生產良率。

惟以上所述僅為本發明之較佳實施例，非意欲侷限本發明的專利保護範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為的等效變化，均同理皆包含於本發明的權利保護範圍內，合予陳明。

1．．．晶圓頂針單元

10．．．承載盤

101．．．頂針穿孔

11．．．頂昇件

111．．．貫通道

12．．．頂針固定件

121．．．中空本體

121a．．．開槽

121b．．．槽孔

122．．．座體

122a．．．凸部

122b．．．凹部

13．．．頂針

14．．．頂針座體

141．．．凸起部

15．．．連接元件

16．．．下電極盤

161．．．氣壓缸

162．．．氣壓結構

17．．．馬達

18．．．電壓源

19．．．彈性件

2．．．晶圓

3．．．晶圓製程反應系統

31．．．反應室本體

L．．．本體長度

FB．．．頂端

EB．．．底端

圖1為本發明晶圓頂針單元之立體示意圖；

圖2為本發明晶圓頂針單元之部份立體分解圖；

圖3A為本發明頂針固定件之立體示意圖；

圖3B為本發明頂針固定件之仰視圖；

圖3C為本發明頂針固定件之側視圖；

圖3D為本發明頂針固定件之剖視圖；

圖4A為本發明晶圓頂針單元之作動示意圖(一)；

圖4B為本發明晶圓頂針單元之作動示意圖(二)；以及

圖5為本發明晶圓製程反應系統的立體示意圖。

12．．．頂針固定件

121．．．中空本體

121a．．．開槽

121b．．．槽孔

122．．．座體

L．．．本體長度

FB．．．頂端

EB．．．底端

Claims (10)

1. 一種晶圓頂針單元，包括有：一承載盤，其設有多個頂針穿孔，該承載盤用以承載一晶圓；一頂昇模組，其可移動地設置於該承載盤下方，用以相對於該承載盤移動該晶圓，該頂昇模組包含有：一可動地設於該承載盤下方之頂昇件；多個頂針固定件，該些頂針固定件均組裝於該頂昇件，每一該頂針固定件具有一中空本體及一座體，該中空本體設有多個間隔設置的開槽，該中空本體具有相對的頂端與底端，該頂端與該底端之間的距離定義為本體長度，該些開槽均自該頂端該朝底端延伸，並於該本體長度的1/2至4/5位置分別擴大形成一槽孔；以及多個頂針，各該頂針均夾固於與其相對應之該頂針固定件；藉由該頂昇件朝該承載盤移動，使該些頂針穿設於該些頂針穿孔，用以頂升該晶圓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓頂針單元，其中該座體具有相對設置之凸部及凹部，該中空本體緊迫套設於該凸部，該些開槽之間具有相同間距。
3. 如申請專利範圍第2項所述之晶圓頂針單元，其中每一該頂針進入與其相對應的中空本體並抵觸於該座體之該凸部。
4. 如申請專利範圍第3項所述之晶圓頂針單元，其中該頂昇件具有多個貫通道，該些貫通道對應於該些頂針穿孔。
5. 如申請專利範圍第1項所述之晶圓頂針單元，其中該晶圓頂針單元更包括一下電極盤，該下電極盤具有一氣壓缸及一氣壓結構，該氣壓缸容置有該頂昇件，該頂昇件組裝於該氣壓結構。
6. 一種頂針固定件，用以夾設一頂針，該頂針固定件具有一中空本體及一座體，該中空本體設有多個間隔設置的開槽，該中空本體具有相對的頂端與底端，該頂端與該底端之間的距離定義為本體長度，該些開槽均自該頂端該朝底端延伸，並於該本體長度的1/2至4/5位置分別擴大形成一槽孔。
7. 如申請專利範圍第6項所述之頂針固定件，其中該座體具有相對設置之凸部及凹部，該中空本體緊迫套設於該凸部，該中空本體之每一該開槽與其相鄰之該開槽的間距相同。
8. 如申請專利範圍第7項所述之頂針固定件，其中每一該頂針進入與其相對應的中空本體並抵觸於該座體之該凸部。
9. 一種晶圓製程反應系統，其包括：一反應室本體；以及一晶圓頂針單元，其設置於該反應室本體內，該晶圓頂針單元具有一承載盤、一頂昇件、多個頂針固定件及多個頂針，該承載盤設有多個頂針穿孔，並用以承載一晶圓；其中該些頂針固定件均組裝於該頂昇件，每一該頂針固定件具有一中空本體及一座體，該中空本體設有多個間隔設置的開槽，該中空本體具有相對的頂端與底端，該頂端與該底端之間的距離定義為本體長度，該些開槽均自該頂端該朝底端延伸，並於該本體長度的1/2至4/5位置分別擴大形成一槽孔；其中該些頂針均夾固於與其相對應之該頂針固定件，藉由該頂昇件朝該承載盤移動，使該些頂針穿設於該些頂針穿孔，用以頂升該晶圓。
10. 如申請專利範圍第9項所述之晶圓製程反應系統，其中每一該頂針固定件之該座體具有相對設置之凸部及凹部，該中空本體緊迫套設於該凸部，該中空本體之每一該開槽與其相鄰之該開槽的間距相同，該些頂針進入該中空本體並抵觸於該座體之該凸部。