TWI641079B - Wafer fixture for electroplating equipment - Google Patents

Abstract

一種用於電鍍設備之晶圓夾具，包括一載具、至少一連動環、至少一電鍍載體、至少一上蓋、以及至少一作動桿，該載具於其側壁處以同圓心方式固定著該電鍍載體及安裝著可被轉動的該連動環，該電鍍載體圓周外壁邊緣具有數個定位塊，該連動環圓周外壁底緣局部區域具有一齒輪區段，外壁頂緣則具有數個下卡塊；該上蓋為環狀蓋體，環內壁頂緣分佈著數個定位凹槽，環內壁底緣則設有一固定環，該固定環內具有數個上卡塊，該作動桿採縱向安裝於該載具內，其局部區段具有一齒條，該齒條與該齒輪區段相嚙合。藉此，當該上蓋覆蓋於該電鍍載體後，因該定位塊位於該定位凹槽內而被固定，操作者推動該作動桿，利用該齒條與該齒輪區段嚙合，進而使得該連動環被轉動，利用該下卡塊契合於上卡塊進而旋緊該上蓋。

Description

用於電鍍設備之晶圓夾具

本發明為一種晶圓夾具的技術領域，尤其指一種用於電鍍設備中夾持晶圓的結構，能避免過度夾緊晶圓，且有利於後續自動化機械的操作。

如圖1所示，為習用電鍍設備的晶圓夾持結構，其於一載具11上固定著一電鍍載體12，另外配合使用一內蓋13及一上蓋14。該電鍍載體12圓周外壁具有數下凸塊121，該上蓋14內壁邊緣則具有相對數目的數個上凸塊141。使用時，欲電鍍之晶圓A先放置於該電鍍載體12上，放置該內蓋13於該晶圓A上，該晶圓A中央祼露區域即為欲電鍍表面，再由該上蓋14覆蓋於該內蓋13及該電鍍載體12上並加以旋轉，利用該上凸塊141與該下凸塊121相對移動而產生相互迫緊效果，達到將該電鍍載體12、晶圓A、內蓋13及上蓋14相互卡緊固定的目的。

然而上述結構在使用上具有下列幾項缺點： 1. 無法以自動化機械輔助操作：由於該上蓋14須進行旋轉才能鎖緊於該電鍍載體12，為避免該上蓋14刮傷該晶圓A表面，必須利用不會轉動的該內蓋13作為中間介質，但欲使用自動化機器輔助操作時，因該內蓋13的存在，機構運作容易產生干涉，因此目前此類晶圓夾持結構的操作流程皆採用人工進行上、下晶圓的動作，無法利用機器自動化運行； 2. 夾緊過程中，容易造成晶圓邊緣破裂：在該上蓋14進行旋轉緊動作時，通常會利用工具輔助施力，容易造成每次施予的力量無法固定，當該上蓋14被過度旋緊，會壓迫該內蓋13施於該晶圓A邊緣過大的作用力，容易造成該晶圓A邊緣崩裂，產生嚴重的損失；或是反覆多次使用後，過度的施力，也會造成部分上凸塊121及下凸塊141過度磨損，造成夾緊時於圓周無法提供均勻的施力。 3. 載具內須設有複數電線，結構過於複雜：在電鍍作業中，該晶圓A為陰極，必須有相關電路與之作連結，使外部電力能傳輸至此，因此會於該載具11內隱藏及分佈著電線，此會增加載具11加工的困難度及後續組裝上的麻煩。

有鑑於此，為了解決習用之缺點，本發明人憑藉著多年的經驗，設計了此一用於電鍍設備之晶圓夾具。

本發明之主要目的係提供一種晶圓夾具，是運用於電鍍設備中，主要採用不同的作動方式，達到夾持晶圓的目的，並有利於後續自動化設備的運作。

為達上述之目的，本發明包括一載具、至少一連動環、至少一電鍍載體、至少一上蓋、及至少一作動桿，該載具於其側壁處以同圓心方式固定著該電鍍載體及安裝著可被轉動的該連動環，該電鍍載體圓周外壁邊緣具有數個定位塊，該連動環圓周外壁底緣的局部區域具有一齒輪區段，外壁頂緣則具有數個下卡塊。該上蓋為環狀蓋體，環內壁頂緣分佈著數個定位凹槽，壁內壁底緣則設有一固定環，該固定環內具有數個上卡塊，當該定位塊位於該定位凹槽內時，該上蓋與該電鍍載體將無法相對旋轉，該作動桿採縱向安裝於該載具內，其局部區段具有一齒條，該齒條與該齒輪區段相嚙合。

本發明的操作方式為：當晶圓放置於該電鍍載體上，由該上蓋覆蓋於該電鍍載體，因該定位塊位於該定位凹槽內而使兩者被固定。另外操作者推動該作動桿，因該齒條嚙合於該齒輪區段而使得該連動環旋轉，由該上卡塊契合該下卡塊就能迫緊該上蓋，達到固定之目的，反之若改變該連動環的旋轉方向就為解除鎖固狀態。利用本發明之結構能省略該習用內蓋之結構，後續就能運用自動機器輔助，達到晶圓自動化上下片的目的。

另外在本發明中該作動桿、連動環及固定環皆可採用金屬材質所構成，配合該上蓋之環內壁內緣的導電線路，即可作為外部電力傳輸至內部的供電線路，在電鍍作業中維持該晶圓為陰極狀態。此設計能免除習用須於載具內另設有隱藏電線的設計，簡化原本結構的複雜性，讓產品更加實用。

再者，在本發明中，該連動環係安裝於該電鍍載體圓周外圍，且尺寸小於該電鍍載體頂緣尺寸，該電鍍載體被固定不動，使該連動環僅能旋轉但無法脫離該電鍍載體。

在本發明中，該載具由一板體及一支撐部所構成，形成上寛下窄的T字型結構體，該板體於一側壁處內凹形成一容置槽座，該電鍍載體及該連動環安裝於該容置槽座，該容置槽座內另具有深度更深的一限位槽，該連動環之該齒輪區段則位於該限位槽內，該限位槽呈弧形，限制著該連動環僅能旋轉一預定角度。

在本發明中，該板體縱向另具有一容置空間，該容置空間局部並與該容置槽座相連通，該作動桿安裝於該容置空間，該齒條於該容置空間與該容置槽座相通處與該連動環之該齒輪區段相嚙合。

在本發明中，該作動桿之嚙合區段另包括一活動管、一彈簧、及調整件，該活動管能作線性的往復移動，該齒條位於該活動管的側壁，該彈簧被限制於該活動管與該調整件之間，該調整件經轉動能改變與該活動管之間的距離，進而調整該彈簧被預壓值。藉此在夾持狀態下，由該彈簧提供一預設壓力於該活動管，使該齒條持續施壓於該齒輪區段，維持夾持狀態的緊度。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

如圖2、圖3所示，分別為本發明之立體圖及分解圖，本創作晶圓夾具包括一載具2、至少一連動環3、至少一電鍍載體4、至少一上蓋5及至少一作動桿6。在實施例中是於該載具2兩側皆設有夾持晶圓結構，用以增加生產效率，由於兩面結構皆相同，本發明僅就其中一側結構作說明。該連動環3與該電鍍載體4採同心圓方式安裝於該載具2的其中一側壁。該電鍍載體4被固定不動，該連動環3能被旋轉一角度。該作動桿6採縱向安裝於該載具2內，並能與該連動環3接觸。當上蓋5覆蓋於該電鍍載體4上，經由該作動桿6線性移動而帶動該連動環3旋轉，就能使該連動環3旋緊該上蓋5，達到鎖緊固定的目的。

接著就各構件之結構作一說明：該載具2用以供各構件安裝於此，該載具2由一板體21及一支撐部22所構成，形成上寛下窄的T字型結構體，該支撐部22寛度、厚度皆大於該板體21，以利在電鍍時，讓該板體21呈垂直狀潛浸至一電鍍槽內。該板體21於一側壁處內凹形成一容置槽座23，該容置槽座23用以供該連動環3及電鍍載體4安裝於此。該容置槽座23內另具有深度更深的一限位槽231。該限位槽231呈弧形，用以限制該連動環3能旋轉的角度。另外該板體21縱向另具有一容置空間24，該容置空間24局部並與該容置槽座23相連通。該容置空間24用以容納該作動桿6。該載具2是由絶緣材料所製成。

該連動環3呈環狀，圓周外壁底緣的局部區域具有一齒輪區段31，該齒輪區段31底部並凸出於該連動環3底面，組裝時是局部位於該限位槽231內。該限位槽231的弧形大於該齒輪區段31分佈長度，用以限制該連動環3所能旋轉的角度。該連動環3圓周外壁頂緣分佈著數個下卡塊32，如圖4所示，該下卡塊32具有向下傾斜的斜面。該下卡塊32是用以鎖固該上蓋5。組裝時，該連動 環3安裝於該電鍍載體4的圓周處，且尺寸小於該電鍍載體4頂緣尺寸，故該連動環3僅能旋轉但無法脫離該電鍍載體4。該連動環3主要用旋轉卡掣該上蓋5，且因其為金屬材質，亦可作為電力的傳輸介質。

該電鍍載體4頂面為電鍍時晶圓放置之處。該電鍍載體4係被以螺絲鎖固於該容置槽座23底面，使之無法移動。該電鍍載體4頂部圓周邊緣具有數個向外凸出的定位塊41，在組裝時是與該上蓋5配合，防止該上蓋5轉動。

該上蓋5為環狀蓋體，環內壁頂緣分佈著數個定位凹槽51，該定位凹槽51的數目及位置是與該定位塊41相對應。該上蓋5於環內壁底緣則固定著一固定環52，該固定環52內具有數個上卡塊53。該上卡塊53局部具有傾斜面朝上的斜面。該上卡塊53的數目及位置是與該下卡塊32相配合。該固定環52為金屬材質所製成，另外該上蓋5的內壁另可設有導電塊(圖中畫出)與該固定環52相接觸或鎖固，或是利用金屬螺絲(圖中畫出)鎖固該固定環52，利用導電塊或金屬螺絲將電力傳導至環內壁頂緣，以作用電鍍時之電力傳輸的介質。

請一併參閱圖5，該作動桿6是安裝於該載具2的容置空間24內，負責帶動該連動環3旋轉。該作動桿6局部區段具有一齒條61，由該齒條61與該連動環3的齒輪區段31相嚙合，當該作動桿6被往復拉動，就能帶動該連動環3旋轉，進而卡緊該上蓋5。但本發明為了確保在使用時不易鬆脫及具有適當緊度，在本實施例中，該連動環3與該作動桿6的嚙合區段具有一些特殊的設計。如圖5所示，該作動桿6之嚙合區段另包括一活動管62、一彈簧63、及調整件64。該活動管62能作線性的往復移動，該齒條61位於該活動管62側壁。該彈簧63被限制於該活動管62與該調整件64之間。該調整件64經轉動能改變與該活動管62之間的距離，進而調整該彈簧63被預壓值。該彈簧63是維持該活動管62的緊度。在作動狀態下，該作動桿6是被推至該板體21內，該彈簧63雖被壓縮但也持續施壓於該活動管62，維持該齒條61嚙合於該齒輪區段31的緊度，確保該連動環3旋緊於該上蓋5。

在本發明中，該作動桿6亦可成為一導體，以作為電性傳輸之介質。此目的能減少於該載具2內另設其他電線，讓結構更為簡單。該作動桿6為金屬材質，其活動管62、彈簧63及調整件64亦為金屬材質。該作動桿6頂部另具有一導電塊65，該導電塊65形狀可依需求而自由變化，以利安裝於電鍍設備後，能與相關電極接觸。該支撐部22相對位置處則具有一凹槽221，以供該導電塊65設置其中。

另外為了固定該作動桿6插入該載具2後的位置，該支撐部22處另設有相關的定位結構，以利固定其位置，但可為各種不同的方式，圖中僅就其中一種作說明，並不因此限制僅能使用此種方式。該作動桿6靠近該導電塊65的局部區段具有一尺寸較小的第一頸部66。該支撐部22相對應處則設有可移動的一插梢222及一彈簧223，該插梢222局部區段也具有尺寸較小的一第二頸部224。如圖3所示，該插梢222為上大下小的型體，在組裝時，以圖面方向由上而下設置於該支撐部22相對應形狀的孔洞內，再以螺絲235鎖固，利用該彈簧223維持該插梢222的緊度。在卡掣狀態下，該插梢222尺寸最大的圓柱區段是位於該第一頸部66處，使該作動桿6無法被移動，但若施予一外力，以圖3左側結構，是將插梢222由下而上推動，使該第二頸部224位於該第一頸部66內，該作動桿6就能拉出一段距離，使該連動環3觸除與上蓋5的鎖固狀態。

接著就組裝方式及運作模式作一說明：

先將該作動桿6插入該容置空間24，再將該連動環3及該電鍍載體4由上而下安裝於該容置槽座23內，由該連動環3之齒輪區段31嚙合於該齒條61，鎖固該電鍍載體4，因該限位槽231的關係，該連動環3僅能旋轉一特定角度，也使得與之嚙合的作動桿6無法脫離。

如圖6所示，在未使用時，該作動桿6係被拉出一短距離，即該導電塊65脫離該凹槽221。操作者可將一晶圓B放置於該電鍍載體4頂面，將該上蓋5的定位線54對準與該板體21上的基準線211，該上蓋5由上而下覆蓋該電鍍載體4，利用該定位塊41位於該定位凹槽51內，使該上蓋5無法被旋動。此時將該作動桿6推入該板體21內，以該齒條61嚙合於該齒輪區段31，該連動環3開始轉動，以該下卡塊32的斜面與上卡塊53相接觸而產生迫緊效果，利用該連動環3鎖緊該上蓋5，進而將晶圓B固定其中。反之欲取下該晶圓B，須先觸動該插梢222(如圖6左側的背面方向)解除卡掣狀態，再將該作動桿6拉開，開啟該上蓋5，即可取下該晶圓B。另外在本實施中是於該載具2兩側各設有一組晶圓夾持結構，左側的作動桿6控制左側面的結構，而右側作動桿6就控制圖面中背面的結構。

綜合以上所述，本發明之用於電鍍設備的晶圓夾具，具有下列幾項優點： 1.此結構中並無習用之內蓋結構，能利用自動化機器的輔助，達到自動化取、放晶圓的動作； 2.運用該連動環每次旋轉一固定角度，達到旋緊於上蓋的目的，能維持每次施力的一制性，避免發生如習用因施力過大造成晶圓損壞的缺點； 3.該作動桿內具有彈簧，維持迫緊後亦具有一適當緊度，確保該上蓋夾持晶圓的的密封防漏性，避免電鍍時電鍍液滲入內部結構中； 4.該作動桿、連動環及固定環皆可由金屬材質製造，並作為外部電力傳輸至晶圓處的介質，故結構內中並無習用須具有複雜的電線配置。

以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。

11‧‧‧載具

12‧‧‧電鍍載體

121‧‧‧下凸塊

13‧‧‧內蓋

14‧‧‧上蓋

141‧‧‧上凸塊

A‧‧‧晶圓

2‧‧‧載具

21‧‧‧板體

211‧‧‧基準線

22‧‧‧支撐部

221‧‧‧凹槽

222‧‧‧插梢

223‧‧‧彈簧

224‧‧‧第二頸部

235‧‧‧螺絲

23‧‧‧容置槽座

231‧‧‧限位槽

24‧‧‧容置空間

3‧‧‧連動環

31‧‧‧齒輪區段

32‧‧‧下卡塊

4‧‧‧電鍍載體

41‧‧‧定位塊

5‧‧‧上蓋

51‧‧‧定位凹槽

52‧‧‧固定環

53‧‧‧上卡塊

54‧‧‧定位線

6‧‧‧作動桿

61‧‧‧齒條

62‧‧‧活動管

63‧‧‧彈簧

64‧‧‧調整件

65‧‧‧導電塊

66‧‧‧第一頸部

B‧‧‧晶圓

圖1習用電鍍設備的晶圓夾持結構之分解圖； 圖2為本發明之立體圖； 圖3為本發明之分解圖； 圖4為本發明上蓋、電鍍載體及連動環的放大示意圖； 圖5為本發明作動桿之局部放大示意圖； 圖6為本發明實際使用狀態之示意圖。

Claims (7)

1. 一種用於電鍍設備之晶圓夾具，包括一載具、至少一連動環、至少一電鍍載體、至少一上蓋及至少一作動桿，該載具於其一側壁處以同圓心方式固定著該電鍍載體及安裝著可被轉動的該連動環，該連動環被限制僅能旋轉一角度，該電鍍載體圓周外壁邊緣具有數個定位塊，該連動環圓周外壁底緣的局部區域具有一齒輪區段，外壁頂緣則具有數個下卡塊，該上蓋為環狀蓋體，環內壁頂緣分佈著數個定位凹槽，壁內壁底緣則設有一固定環，該固定環內具有數個上卡塊，該作動桿採縱向安裝於該載具內，其局部區段具有一齒條，該齒條會與該齒輪區段相嚙合。
2. 如申請專利範圍第1項所述之用於電鍍設備之晶圓夾具，其中該連動環安裝於該電鍍載體圓周外圍，且尺寸小於該電鍍載體頂緣尺寸，該電鍍載體被固定不動，該連動環僅能旋轉但無法脫離該電鍍載體。
3. 如申請專利範圍第1項所述之用於電鍍設備之晶圓夾具，其中該載具由一板體及一支撐部所構成，形成上寛下窄的T字型結構體，該側壁是該板體側面，該側壁處內凹形成一容置槽座，該電鍍載體及該連動環安裝於該容置槽座，該容置槽座內另具有深度更深的一限位槽，該連動環之該齒輪區段則位於該限位槽內，該限位槽呈弧形，限制著該連動環僅能旋轉一預定角度。
4. 如申請專利範圍第3項所述之用於電鍍設備之晶圓夾具，其中該板體縱向另具有一容置空間，該容置空間局部並與該容置槽座相連通，該作動桿安裝於該容置空間內，該齒條於該容置空間與該容置槽座相通處與該連動環之該齒輪區段相嚙合。
5. 如申請專利範圍第3項所述之電鍍設備之晶圓夾具，其中該作動桿頂部另設有一導電塊，該支撐部相對應處具有一凹槽，該導電塊設置該凹槽內其中。
6. 如申請專利範圍第3項所述之電鍍設備之晶圓夾具，其中該作動桿、該連動環及該固定環皆為金屬材質，能作為電力傳輸之介質。
7. 如申請專利範圍第1項所述之電鍍設備之晶圓夾具，其中該作動桿之嚙合區段另包括一活動管、一彈簧、及一調整件，該活動管能作線性的往復移動，該齒條位於該活動管側壁，該彈簧被限制於該活動管與該調整件之間，該調整件經轉動能改變與該活動管之間的距離，進而調整該彈簧的緊度。