TWI725818B

TWI725818B - 晶圓對準機台

Info

Publication number: TWI725818B
Application number: TW109112557A
Authority: TW
Inventors: 林俊成; 易錦良; 于乃瑋
Original assignee: 天虹科技股份有限公司
Priority date: 2020-04-14
Filing date: 2020-04-14
Publication date: 2021-04-21
Also published as: TW202139342A

Abstract

本發明提供一種晶圓對準機台，主要包括一托盤及一對準機構。托盤的第一表面上設置複數個凹槽，分別用以容置一晶圓。對準機構包括一夾持單元及一第一驅動裝置，其中第一驅動裝置連接夾持單元，並驅動夾持單元。對準機構連接第二驅動裝置，當第二驅動裝置帶動對準機構的夾持單元靠近托盤的第一表面時，第一驅動裝置會驅動夾持單元夾持或推動放置托盤的第一表面上的晶圓，使得晶圓對準並落入托盤的凹槽，藉此將可以全自動的方式進行晶圓的入料及對準步驟，以提高製程的效率並減少晶圓污染的發生機率。

Description

晶圓對準機台

本發明有關於一種晶圓對準機台，透過全自動的方式進行晶圓的入料及對準步驟，以提高製程的效率並減少晶圓污染的發生機率。

在半導體、發光二極體(LED)、微機電系統(MEMS)的製程中，經常會使用化學氣相沉積(CVD)在晶圓(wafer)基板上形成薄膜或圖案，使用電漿處理基板的具體實施例包括電漿強化化學氣相沉積(PECVD)及電漿蝕刻製程。

對於LED領域使用的蝕刻設備，由於單個晶圓的直徑一般為2寸、4寸或者6寸，而製程腔室的尺寸通常要遠大於晶圓直徑，因此為了提高產能，會將多個晶圓放到托盤上，然後將托盤傳入製程腔室，以對晶圓進行批量製程處理。

圖1及圖2分別為習用托盤的立體示意圖及剖面示意圖。托盤(tray)10包括複數個凹槽11，並可透過人工或機械手臂將晶圓(wafer)13依序放入托盤10的凹槽11內。一般而言，凹槽11的形狀與晶圓13近似，而面積則略大於晶圓13。若晶圓13放置在托盤10的過程中沒有準確的對準凹槽11，便可能導致部分的晶圓13無法進入凹槽11內，如圖2所示。此外透過人工的方式將晶圓13放入凹槽，不僅效率較差，並可能在放置的過程中污染晶圓13，進而降低製程的良率。

為了解決上述習用構造的問題，本發明提出一種新穎的晶圓對準機台，可有效準確的將晶圓放置在托盤上的預設位置，亦可減少晶圓的污染並提高製程的良率。

本發明的一目的，在於提供一種晶圓對準機台，主要包括一托盤及一對準機構，其中一驅動裝置連接並驅動對準機構相對於托盤位移，以改變對準機構與托盤之間的間距。驅動裝置可驅動對準機構貼近托盤表面，並透過對準機構對準晶圓及托盤的凹槽，使得晶圓進入托盤的凹槽內。

本發明的一目的，在於提供一種晶圓對準機台，其中對準機構包括一夾持單元及一第一驅動裝置。第一驅動裝置連接並驅動夾持單元開啟或閉合，當夾持單元閉合時將會夾持或推動之間的晶圓，使得晶圓對準並進入托盤的凹槽，以完成晶圓對準的步驟。

本發明的一目的，在於提出一種晶圓對準機台，主要包括一入料機構、一托盤及一對準機構，其中入料機構位於對準機構的上游，並用以將晶圓輸送至托盤的凹槽。入料機構通常無法精確的將晶圓輸送至凹槽內，因此需要對準機構將晶圓對準托盤上的凹槽，使得晶圓進入托盤的凹槽內。

本發明的一目的，在於提出一種晶圓對準機台，主要於對準機構的下游設置一檢測單元，用以檢測托盤上的經過對準的晶圓是否進入凹槽內。若檢測單元判斷晶圓未進入凹槽內，則可將未對準凹槽的晶圓回送至對準機構，並再次對晶圓進行對準的步驟。

本發明的一目的，在於提供一種晶圓對準機台，包括：一托盤，包括至少一凹槽位於托盤的一第一表面，並用以容置一晶圓；及一對準機構，包括一夾持單元及一第一驅動裝置，其中第一驅動裝置連接夾持單元，並驅動夾持單元夾持或推動放置在托盤的第一表面上的晶圓，使得晶圓對準托盤的凹槽。

所述的晶圓對準機台，其中第一驅動裝置驅動夾持單元沿著平行托盤的第一表面的方向位移，而第二驅動裝置則帶動對準機構沿著垂直托盤的第一表面的方向位移。

所述的晶圓對準機台，更包括一第二驅動裝置連接對準機構或托盤，並驅動連接的對準機構或托盤相對位移，以改變對準機構及托盤之間的間距，使得對準機構的夾持單元靠近托盤的第一表面。

所述的晶圓對準機台，更包括一第三驅動裝置透過第二驅動裝置連接對準機構，並帶動對準機構及第二驅動裝置相對於托盤位移。

所述的晶圓對準機台，其中第三驅動裝置驅動對準機構及第二驅動裝置沿著托盤的徑向位移，使得對準機構位於托盤的一中央區域或一周圍區域的凹槽上方。

所述的晶圓對準機台，更包括一轉動機構連接托盤，並驅動托盤相對於夾持單元轉動。

所述的晶圓對準機台，更包括一進料裝置與托盤相鄰，位於對準機構的上游，並用以將晶圓放置在托盤的第一表面的凹槽。

所述的晶圓對準機台，更包括一檢測單元與托盤相鄰，位於對準機構的下游，並用以檢測經過對準機構對準的晶圓是否位於托盤的凹槽內。

所述的晶圓對準機台，其中進料裝置先將晶圓傳送至托盤的凹槽，透過對準機構將傳送的晶圓對準凹槽，而後透過檢測單元檢測經過對準的晶圓是否位於凹槽內。

所述的晶圓對準機台，其中夾持單元包括複數個夾持部，複數個夾持部相對於凹槽的圓心或中心進行對稱的位移。

所述的晶圓對準機台，其中夾持單元與托盤的第一表面的間距小於晶圓的厚度，以推動或夾持放置在托盤的第一表面上的晶圓。

請參閱圖3，為本發明晶圓對準機台一實施例的立體示意圖。如圖所示，晶圓對準機台20包括一托盤21、一對準機構23及一第二驅動裝置25，其中第二驅動裝置25連接對準機構23或托盤21，並驅動對準機構23及托盤21相對位移，以改變對準機構23及托盤21之間的間距。

托盤21的外觀可為圓盤狀，並於托盤21的第一表面211上設置至少一凹槽213，其中各個凹槽213分別用以放置一晶圓22。具體而言，托盤21上的凹槽213的形狀與晶圓22近似，且凹槽213的面積略大於晶圓22，使得晶圓22被限制在凹槽213內。

對準機構23包括一夾持單元231及一第一驅動裝置233，其中第一驅動裝置233連接並驅動夾持單元231開啟或閉合。具體而言，第一驅動裝置233可驅動夾持單元231沿著平行托盤21的第一表面211的方向位移，使得夾持單元231操作在一開啟狀態或一閉合狀態，開啟狀態及閉合狀態會在以下的實施例中詳細說明。

在本發明一實施例中，第二驅動裝置25連接對準機構23，並驅動對準機構23相對於托盤21位移，以改變對準機構23與托盤21之間的間距，例如第二驅動裝置25可驅動對準機構23沿著垂直托盤21的第一表面211的方向位移。在進行晶圓22的對準步驟時，第二驅動裝置25可驅動對準機構23靠近托盤21，並使得對準機構23的夾持單元231貼近托盤21的第一表面211。

在本發明另一實施例中，第二驅動裝置25可連接托盤21，並驅動托盤21相對於對準機構23位移，使得對準機構的23的夾持單元231貼近托盤21的第一表面211。

本發明實施例所述的晶圓對準機台20的作動方式如圖3至圖5所示，首先將晶圓22放置在托盤21的第一表面211的凹槽213內，如圖3所示。在放置晶圓22的過程中，若晶圓22沒有準確的對準凹槽213，會造成部分的晶圓22未能進入凹槽213內，如習用技術圖2所示。

而後第二驅動裝置25會驅動對準機構23朝托盤21的方向位移，直到對準機構23的夾持單元231靠近或貼近托盤21的第一表面211，如圖4所示，例如可使得夾持單元231與托盤21的第一表面211之間的間距小於晶圓22的厚度。此外第二驅動裝置25驅動對準機構23朝托盤21位移時，對準機構23的夾持單元231可保持在開啟狀態。

在對準機構23的夾持單元231貼近托盤21的第一表面211後，第一驅動裝置233會驅動夾持單元231位移，使得夾持單元231由開啟狀態切換到閉合狀態。在切換的過程中夾持單元231會夾持或推動放置在托盤21的第一表面211上的晶圓22，使得晶圓22對準並進入托盤21的凹槽211，如圖5所示。

在本發明一實施例中，夾持單元231可包括兩個夾持部2311，如圖6及圖7所示，其中兩個夾持部2311相面對的側面可為弧形，例如與凹槽213或晶圓22的部分側邊的形狀相近，以達到較佳的對準效果。

第一驅動裝置233可驅動兩個夾持部2311相互靠近或遠離，其中兩個夾持部2311可沿著平行托盤21的第一表面211的方向，以凹槽213的中心或圓心進行對稱的位移，例如兩個夾持部2311的位移速度相同，但位移的方向相反。當然兩個夾持部2311進行對稱的位移僅為本發明一實施例，在不同實施中可先將一個夾持部2311移動至定位後，再驅動另一個夾持部2311位移，同樣可完成晶圓22的對準步驟。

當夾持單元231的兩個夾持部2311的間距較大或最大時可定義為開啟狀態，如圖6所示，其中在開啟狀態的兩個夾持部2311之間的最大距離會大於晶圓22及/或凹槽213的直徑或最大寬度。

當夾持單元231的兩個夾持部2311的間距較小或最小時可定義為閉合狀態，如圖7所示，其中在閉合狀態的兩個夾持部2311之間的最大距離會約略等於晶圓22及/或凹槽213的直徑或最大寬度。因此當夾持單元231由開啟狀態切換到閉合狀態時，將會推動或夾持之間的晶圓22，使得晶圓22進入凹槽213內。

在完成晶圓22對準的動作後，第一驅動裝置233會將夾持單元231切換到開啟狀態，而第二驅動裝置25則會驅動對準機構23離開托盤21，如圖3所示，之後可對下一片晶圓22進行對準。

在本發明一實施例中，托盤21可連接一轉動機構24，其中轉動機構24用以驅動托盤21自轉。當托盤21相對於夾持單元231轉動時，位於托盤21周圍的各個凹槽211會依序對準夾持單元231，並可以夾持單元231依序對下方的晶圓22進行對準。轉動機構24可包括馬達及/或齒輪，其中馬達可直接驅動托盤21轉動，或者是透過齒輪間接驅動托盤21轉動。

在圖6及圖7中，以夾持單元231具有兩個夾持部2311為說明實施例，但夾持單元231具有兩個夾持部2311僅為本發明一實施例，並非本發明權利範圍的限制。在不同實施例中夾持部2311的數量亦可為兩個以上，如圖8及圖9所示，夾持單元231包括三個夾持部2311，其中三個夾持部2311可以凹槽213的中心或圓心進行相對位移，並在開啟狀態及閉合狀態之間切換，例如當凹槽213為圓形時，三個夾持部2311可為正三角的三個角，而凹槽213則為正三角形的外接圓。

上述兩種夾持部2311的設計方式僅是本發明實現方案的其中兩者，其皆非用於限制本發明。夾持部2311的亦可以非為弧形，而是矩形或其他形狀。夾持部2311的數量也非用以限制本發明，其僅要大於兩個以上即可，且排列的方式也非用以限制本發明，其僅要可以將晶圓22推入致凹槽213進行定位即可。再者，前述夾持單元231雖然以開啟與閉合的方式運動來推動或夾持晶圓22，以使其定位於凹槽213，但本發明亦不以此為限制，只要能夠使得夾持單元231的夾持部2311運動，並推動或夾持晶圓22定位於凹槽213即可。

在本發明一實施例中，第一驅動裝置233及第二驅動裝置25可包括馬達、滑軌及/或滑座。例如第二驅動裝置25包括至少一滑軌251及至少一滑座253，其中滑座253設置於滑軌251上，並可沿著滑軌251位移，而對準機構23透過一連接支架255連接滑座253。在使用時可透過馬達驅動連接滑座253的夾持單元231及對準機構23沿著滑軌251位移。馬達、滑軌及滑座的連接及作動方式皆為本發明常用的技術，在此便不多做說明。

此外為了避免夾持部2311在夾持或推動晶圓22的過程中，對晶圓22造成損傷，可進一步在夾持部2311的表面或是可能接觸晶圓22的表面上設置一緩衝層，例如於夾持部2311的部分或全部的表面上形成鐵氟龍。

請參閱圖10，為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖。如圖所示，晶圓對準機台30包括一托盤21、一對準機構23、一第二驅動裝置25及一第三驅動裝置31，本發明實施例的晶圓對準機台30的構造與圖3的晶圓對準機台20相近，主要的差異在於本實施例的晶圓對準機台30包括第三驅動裝置31，其中第三驅動裝置31透過第二驅動裝置25連接對準機構23，並驅動第二驅動裝置25及對準機構23相對於托盤21位移。

第三驅動裝置31與第一、第二驅動裝置233/25的構造及驅動原理相近，並包括滑軌311及滑座313，其中第二驅動裝置25透過滑座313連接滑軌311，並可沿著滑軌311位移。

如圖3至圖5所示，對準機構23的夾持單元231位於托盤21的周圍區域的凹槽213的上方，並推動或夾持晶圓22對準位於托盤21側邊的凹槽213。然而托盤21的中央區域亦可能設置凹槽213，其中位於周圍區域的凹槽213環繞設置在位於中央區域的凹槽213的周圍。

在本發明實施例中透過第三驅動裝置31驅動第二驅動裝置25及對準機構23位移，例如驅動第二驅動裝置25及對準機構23沿著托盤21的徑向位移，使得對準機構23位於托盤21的中央區域或周圍區域的凹槽213上方，並可以對準機構23的夾持單元231推動或夾持晶圓22，使得晶圓22對準位於中央區域或周圍區域的凹槽213。

在本發明另一實施例中，晶圓對準機台30可包括一進料裝置33，其中進料裝置33與托盤21相鄰，其中進料裝置33可為一機械手臂，可相對於拖盤21伸長、縮短及/或擺動，並將晶圓22輸送至托盤21的第一表面211的凹槽213。一般而言，進料裝置33通常無法精準的將晶圓22放置到托盤21的凹槽213內，例如進料裝置33可為白努力吸盤，並用以吸附晶圓22。

進料裝置33設置在對準機構23的上游，其中進料裝置33將晶圓22放置到托盤21的第一表面211後，再透過對準機構23將晶圓22對準托盤21的凹槽213。例如進料裝置33將晶圓22放置在托盤21的凹槽213後，轉動機構24會驅動托盤21轉動，使得待對準的晶圓22及凹槽213位於夾持單元231的下方，並以夾持單元231將晶圓22對準托盤21的凹槽213。

在本發明另一實施例中，亦可於托盤21的側邊設置至少一檢測單元35，其中檢測單元35可設置在對準機構23的下游，並用以檢測經過對準機構23對準的晶圓22是否位於凹槽213內，如圖12。

具體而言，檢測單元35可包括一光發射器351及一光接收器353，其中光接收器353對準光發射器351，並用以接收光發射器351所產生的光線，例如光接收器353及光發射器351相面對，並設置在托盤21的徑向。此外光發射器351所產生的光線貼近托盤21的第一表面211，當晶圓22未準確的放置到凹槽213內時，部分的晶圓22將會凸出托盤21的第一表面211，如圖2所示。此時光發射器351產生的光線將會被晶圓所遮擋，使得光接收器353無法接收到光線，因此可透過光接收器353是否接收到光線，來判斷晶圓22是否準確的放置到凹槽213內。

在本發明一實施例中，可透過進料裝置33將晶圓22放到托盤21的凹槽213，而後透過轉動機構24帶動托盤21轉動，使得晶圓22位於對準機構23的夾持單元231下方，並以夾持單元231夾持或推動晶圓22，使得晶圓22對準凹槽213。轉動機構24會繼續轉動托盤21，將經過對準的晶圓22輸送至檢測單元35產生的光線的路徑上，並以檢測單元35進一步檢測晶圓22是否位於凹槽213內。若檢測單元35判斷晶圓22沒有位於凹槽213內，則轉動機構24將會反轉，並透過托盤21將晶圓22輸送至對準機構23的夾持單元231下方，再次對晶圓22進行對準的步驟，以確保托盤21上所有的晶圓22皆位於對應的凹槽213內。

請參閱圖13及圖14，為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖。如圖所示，晶圓對準機台40包括一托盤21及一對準機構43，其中對準機構43可連接一固定部45，並包括一夾持單元433及一第一驅動裝置431。第一驅動裝置431連接夾持單元433，並驅動夾持單元433夾持或推動放置在托盤21的第一表面211上的晶圓22，使得晶圓22對準托盤21的凹槽213。本發明實施例的晶圓對準機台40的構造與圖3的晶圓對準機台20相近，主要的差異在於本實施例的晶圓對準機台40不需要設置圖3所示的第二驅動裝置25，便可透過對準機構43將托盤21上的晶圓22對準凹槽213。

圖3的第二驅動裝置25主要用以驅動托盤21及對準機構23相對位移，並改變托盤21與對準機構23之間的間距，當第二驅動裝置25驅動對準機構23靠近托盤21時，才能透過第一驅動裝置233驅動夾持單元231夾持或推動晶圓22，使得晶圓22對準托盤11的凹槽213。

在本發明實施例中，對準機構43是保持在靠近托盤21的位置，例如對準機構43的夾持單元431保持在貼近托盤21的第一表面211的位置，因此並不需要額外設置圖3的第二驅動裝置25。

具體而言，本發明實施例的對準機構43的夾持單元431可在開啟狀態及閉合狀態之間切換，當對準機構43的夾持單元431為開啟狀態時，夾持單元431的間距會大於晶圓22的寬度，例如夾持單元431的最小間距大於晶圓22的最大寬度或直徑，使得晶圓22可被輸送至開啟狀態的夾持單元431之間。而後第一驅動裝置433可驅動夾持單元431切換到閉合狀態，並推動或夾持晶圓22，使得晶圓22對準托盤21的凹槽213。

將晶圓22輸送至夾持單元431之間的方法有很多種，並非本發明權利範圍的限制。在本發明一實施例中，可透過轉動機構24驅動托盤21轉動，使得托盤21上的晶圓22被輸送到夾持單元431之間。在不同實施例中，亦可透過圖11的進料裝置33(如機械手臂)直接將晶圓22放置在夾持單元431之間。

以上所述者，僅為本發明之一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10:托盤 11:凹槽 13:晶圓 20:晶圓對準機台 21:托盤 211:第一表面 213:凹槽 22:晶圓 23:對準機構 231:夾持單元 2311:夾持部 233:第一驅動裝置 24:轉動機構 25:第二驅動裝置 251:滑軌 253:滑座 255:連接支架 30:晶圓對準機台 31:第三驅動裝置 311:滑軌 313:滑座 33:進料裝置 35:檢測單元 351:光發射器 353:光接收器 40:晶圓對準機台 43:對準機構 431:夾持單元 433:第一驅動裝置 45:固定部

圖1：為習用托盤的立體示意圖。

圖2：為習用托盤的剖面示意圖。

圖3：為本發明晶圓對準機台一實施例的立體示意圖。

圖4及圖5：分別為本發明晶圓對準機台將晶圓對準托盤的凹槽一實施例的立體示意圖。

圖6及圖7：分別為本發明晶圓對準機台的夾持單元在開啟狀態及閉合狀況一實施例的構造示意圖。

圖8及圖9：分別為本發明晶圓對準機台的夾持單元在開啟狀態及閉合狀況又一實施例的構造示意圖。

圖10：為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖

圖11：為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖。

圖12：為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖。

圖13及14：為本發明晶圓對準機台又一實施例的立體示意圖。

20:晶圓對準機台

21:托盤

211:第一表面

213:凹槽

22:晶圓

23:對準機構

231:夾持單元

233:第一驅動裝置

24:轉動機構

25:第二驅動裝置

251:滑軌

253:滑座

255:連接支架

Claims

一種晶圓對準機台，包括：一托盤，包括至少一凹槽位於該托盤的一第一表面，並用以容置一晶圓；一對準機構，包括一夾持單元及一第一驅動裝置，其中該第一驅動裝置連接該夾持單元，並驅動該夾持單元夾持或推動放置在該托盤的該第一表面上的該晶圓，使得該晶圓對準該托盤的該凹槽；及一第二驅動裝置，連接該對準機構或該托盤，並驅動連接的該對準機構或該托盤相對位移，以改變該對準機構及該托盤之間的間距，使得該對準機構的該夾持單元靠近該托盤的該第一表面，其中該第一驅動裝置驅動該夾持單元沿著平行該托盤的該第一表面的方向位移，而該第二驅動裝置則帶動該對準機構沿著垂直該托盤的該第一表面的方向位移。
如請求項1所述的晶圓對準機台，更包括一第三驅動裝置透過該第二驅動裝置連接該對準機構，並帶動該對準機構及該第二驅動裝置相對於該托盤位移。
如請求項2所述的晶圓對準機台，其中該第三驅動裝置驅動該對準機構及該第二驅動裝置沿著該托盤的徑向位移，使得該對準機構位於該托盤的一中央區域或一周圍區域的該凹槽上方。
如請求項1所述的晶圓對準機台，更包括一轉動機構連接該托盤，並驅動該托盤相對於該夾持單元轉動。
如請求項4所述的晶圓對準機台，更包括一進料裝置與該托盤相鄰，位於該對準機構的上游，並用以將該晶圓放置在該托盤的該第一表面的該凹槽。
如請求項5所述的晶圓對準機台，更包括一檢測單元與該托盤相鄰，位於該對準機構的下游，並用以檢測經過該對準機構對準的該晶圓是否位於該托盤的該凹槽內。
如請求項6所述的晶圓對準機台，其中該進料裝置先將該晶圓傳送至該托盤的該凹槽，透過該對準機構將傳送的該晶圓對準該凹槽，而後透過該檢測單元檢測經過對準的該晶圓是否位於凹槽內。
如請求項1所述的晶圓對準機台，其中該夾持單元包括複數個夾持部，該複數個夾持部相對於該凹槽的圓心或中心進行對稱的位移。
一種晶圓對準機台，包括：一托盤，包括至少一凹槽位於該托盤的一第一表面，並用以容置一晶圓；一對準機構，包括一夾持單元及一第一驅動裝置，其中該第一驅動裝置連接該夾持單元，並驅動該夾持單元夾持或推動放置在該托盤的該第一表面上的該晶圓，使得該晶圓對準該托盤的該凹槽；一第二驅動裝置，連接該對準機構或該托盤，並驅動連接的該對準機構或該托盤相對位移，以改變該對準機構及該托盤之間的間距，使得該對準機構的該夾持單元靠近該托盤的該第一表面；及一第三驅動裝置，透過該第二驅動裝置連接該對準機構，並帶動該對準機構及該第二驅動裝置相對於該托盤位移。
一種晶圓對準機台，包括：一托盤，包括至少一凹槽位於該托盤的一第一表面，並用以容置一晶圓；一對準機構，包括一夾持單元及一第一驅動裝置，其中該第一驅動裝置連接該夾持單元，並驅動該夾持單元夾持或推動放置在該托盤的該第一表面上的該晶圓，使得該晶圓對準該托盤的該凹槽；一轉動機構，連接該托盤，並驅動該托盤相對於該夾持單元轉動；一進料裝置，與該托盤相鄰，位於該對準機構的上游，並用以將該晶圓放置在該托盤的該第一表面的該凹槽；及一檢測單元，與該托盤相鄰，位於該對準機構的下游，並用以檢測經過該對準機構對準的該晶圓是否位於該托盤的該凹槽內，其中該進料裝置先將該晶圓傳送至該托盤的該凹槽，透過該對準機構將傳送的該晶圓對準該凹槽，而後透過該檢測單元檢測經過對準的該晶圓是否位於凹槽內。