专利名称：工艺反应室的升降针机构与基板承载装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种升降针机构，特别是涉及一种应用于一工艺反应室以支撑一基板的升降针机构。
背景技术：
在半导体集成电路(integrated circuit，IC)的制造过程中，通常需要对一晶片进行多道工艺。一般而言，每一工艺皆须于一特定反应中才能完成，因此在整个制造过程里，各反应室不只必须提供用来对晶片进行特定工艺的装置，也必须提供用来装载或卸除晶片的晶片传送装置。
在多数的半导体IC工艺的反应室中，通常包括一晶片承载装置，其一方面提供承载晶片的功能，以在反应室中对晶片进行特定工艺，另一方面亦提供了能装载与卸除晶片的元件，以使晶片在各反应室间传送时不易损坏。以薄膜沉积反应室为例，其所包含的晶片承载装置能供晶片放置，以便进行晶片的沉积工艺。薄膜沉积的技术包括物理气相沉积(physical vapordeposition，PVD)以及化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)，在上述工艺中，沉积品质的好坏包括沉积薄膜的均匀性，而影响沉积薄膜的均匀性的重要因素则在于晶片是否能平坦置放于晶片承载装置上。
请参考图1与图2，图1与图2为现有一晶片承载装置12的剖面示意图。晶片承载装置12设置于一工艺反应室10中，包括一基座14、多个升降针(liftpin)16、一升降盘(strike plate)18以及一升降驱动器20。其中，基座14可为工艺反应室10中的加热器，以使置于基座14上的晶片24可经由热传导而被均匀加热以进行沉积工艺。基座14的上部为一平坦的圆形平台，具有多个穿孔22，而升降针16分别设置于一穿孔22中，各升降针16皆具有一平坦的顶端，用以支撑放置于其上的晶片24。升降盘18由升降驱动器20所驱动而可上下作动。晶片24可藉由一机械手臂(robot，图未示)传送至工艺反应室10中，而升降驱动器20便会驱动升降盘18上升抵触升降针16，使升降针16经由穿孔22上升以接触及向上举起晶片24，并使晶片24离开机械手臂，此时机械手臂会退出工艺反应室10之外，完成晶片24的传送。另一方面，当工艺进行时，升降驱动器20会驱动升降盘18下降，因此，被顶起的升降针16亦会随之向下移动，而使设置于其上的晶片24下降载置于基座14上，如图2所示，以继续进行薄膜沉积工艺。
请参考图3，图3显示图2所示升降针16与穿孔22的放大示意图。升降针16包括一帽部16a以及一杆部16b，其中杆部16b为一圆柱体，一般使用直径约为0.149英寸(inch)的尺寸，而帽部16a套设于杆部16b的上端，并具有一平坦的上表面，以支撑晶片24。在现有晶片承载装置12中，当升降驱动器20驱动升降盘18向下移动时，升降盘18会逐渐与升降针16分离，而升降针16会因自身重力而向下移动，以使晶片24下降放置于基座14上。然而，一般升降针16的材料由氧化铝(aluminum oxide，Al2O3)等陶瓷材料所制成，而工艺反应室10中所通入的含氟的清洁气体(clean gas)会产生氟自由基，因此在经过一段时间的薄膜沉积反应后，升降针16往往会在450～600℃的高温工艺环境下与氟自由基发生化学反应，产生氟化物26附着于升降针16上，其化学反应式如下
因此，当升降针16上附着有氟化物26时，会造成升降针16的杆部16b变粗，阻塞穿孔22，而发生卡针等不易顺利下降的情形，造成升降针16下降不完全，使得晶片24无法平坦地放置于基座14上，将导致薄膜沉积不均匀。更甚者，当杆部16b上的氟化物26增厚至一定厚度，例如使杆部16b与氟化物26的直径达0.15英寸时，容易造成杆部16b与穿孔22摩擦或发生卡针，导致升降针16断裂，进而使得晶片24失去支撑而摔下破裂。因此，在进行薄膜沉积工艺中必须不定期停机以清除升降针16上的氟化物26，严重者，则必须在进行每二个晶片24的薄膜沉积工艺后便清除一次，大幅影响工艺成本和产能。
为解决上述问题，业界的变通方式采用杆部尺寸较小的升降针16，请参考图4，图4为另一升降针16与穿孔22的放大示意图。其中，升降针16的杆部16b具有一较小尺寸，例如直径为0.139英寸，在此情况下，即使氟化物26附着在升降针16上，也不致立即影响升降针16的作动，可延长停机清理氟化物26的间隔时间。然而，当使用较小尺寸的升降针16时，升降针16因为杆部16b的下端太细而无法垂直站立于升降盘18上，因此当升降盘18受升降驱动器20驱动而带动升降针16上升或下降时，杆部16b可能会因为穿孔22太大而左右晃动，使晶片24无法准确定位。
由上述可知，如何改善升降针16的机构，以使其能平稳且准确地将晶片24升起或置放于基座14上的特定位置，仍为业界亟待研究的课题。
发明内容
因此本发明的主要目的在于提供一种具有一升降环的升降针机构以及晶片承载装置，以解决上述现有晶片承载装置的问题。
根据本发明的权利要求，揭露一种晶片承载装置，其包括一用以置放一基板的基座、一升降环(lift ring)、多个升降针以及一升降盘。其中，升降环以可上下移动的方式设于该基座下方，而升降针穿设于基座中，且各升降针的下端皆固定于升降环上，以使升降针能同时以垂直于升降环的方向上下移动。升降盘则设于升降针与升降环的下方，且升降盘能上下作动并经由抵触升降针的下端或升降环而使升降针随之上下移动。
根据本发明的权利要求，还揭露一种升降针机构，该升降针机构应用于一工艺反应室中，用以支撑一基板以使基板能上下移动。本发明的升降针机构包括多个升降针以及一升降环。升降针穿设于一基座的多个穿孔中，且升降针的尺寸小于穿孔的大小，以使升降针能于穿孔中上下移动。升降环设于升降针下方，而升降针垂直固定于升降环上。
由于本发明于升降针下方设置一升降环，以固定各升降针的下端，以使各升降针的杆部在上下移动时，能互相平行，并以垂直于基座的方向移动，以确保设置于升降针上方的晶片能水平升降。此外，由于升降环能固定升降针的杆部方向，因此可采用较小尺寸的升降针，以避免因氟化物等附着物增厚升降针的表面而造成升降针碰撞基座上的穿孔而发生卡针的情形。
图1与图2为现有一晶片承载装置的剖面示意图。
图3显示图2所示升降针与穿孔的放大示意图。
图4为现有另一升降针与穿孔的放大示意图。
图5为本发明一基板承载装置的剖面示意图。
图6为图5所示升降针与升降盘的放大示意图。
图7为本发明一升降针机构的外观示意图。
简单符号说明10 工艺反应室12 晶片承载装置14 基座 16 升降针16a 帽部 16b 杆部18 升降盘20 升降驱动器22 穿孔 24 晶片50 工艺反应室52 基板承载装置54 基座 56 升降针56a 帽部 56b 杆部58 升降盘58a 螺孔60 升降环62 穿孔64 升降驱动器66 晶片68 升降针机构70 螺帽具体实施方式
请参考图5至图7，图5为本发明一基板承载装置52的剖面示意图，图6为图5所示升降针56与升降盘58的放大示意图。基板承载装置52应用于一半导体工艺的工艺反应室50中，在本实施例中，工艺反应室50为一常压化学气相沉积(atmospheric pressure CVD，APCVD)反应室或一低压化学气相沉积(low pressure CVD，LPCVD)，用来在等于或小于一大气压的环境下对一晶片66进行CVD工艺。因此基板承载装置50为一晶片承载装置，其包括一基座54，为APCVD反应室中的加热器(heater)，用以置放晶片66并提供晶片66在进行CVD工艺时所需的热量。在进行CVD工艺间，工艺反应室50会通入一含氟的清洁气体，例如三氟化氮(NF3)、氟烷(CF4)或六氟乙烷(C2F6)等气体，藉由产生氟自由基而清除工艺反应室50中的污染物。
基板承载装置52还包括多个升降针56、一升降环58、一升降盘60以及一升降驱动器64。请参考图7，图7为图5所示升降针56、升降环58、升降盘60以及升降驱动器64的外观示意图，其中升降针56与升降环58构成一升降针机构68，设置于基板承载装置50中。在本实施例中，升降针机构68包括至少三个升降针56，以使升降针56能均匀支撑晶片66。升降针56由氧化铝等陶瓷材料所制成，如前所述，由于CVD工艺中，工艺反应室50的温度会高于450℃，因此氧化铝会与残留的清洁气体反应而产生氟化物，附着于升降针56表面。此外，各升降针56分别穿设于基座54的一穿孔62内，具有一帽部56a以及一杆部56b，帽部56a具有一平坦的上表面用以支撑晶片66，并套设于杆部56b的上端。杆部56b为一细长圆柱，其直径可小于等于穿孔62的3/4，优选为0.12英寸。
升降环58为一扁平的圆环或一扁平圆板，其具有多个螺孔58a，以供升降针56贯穿并锁固于升降环58上。再者，为加强升降针56的固定，升降环58可还包括多个螺帽70，以分别将各升降针56固定于一螺孔58a中。升降盘60亦为一扁平的圆环或一扁平圆板，其连接于升降驱动器64，藉由升降驱动器64的驱动而可上下作动。当升降盘60受升降驱动器64驱动而上升时，会抵触升降针56的下端，而推抵升降针56上升。同样地，当欲将升降针56上的晶片66放置于基座54上时，升降驱动器64便驱动升降盘60下降，而升降针56便会因为本身重量而下降，直至晶片66接触基座54的表面。由于升降针56的下端固定于升降环58上，因此不论是上升或下降，升降环58都可使各升降针56保持垂直于水平面(亦即基座54表面)的方向同时上下移动，以确保其所支撑的晶片66在上升或下降过程中维持水平，进一步使晶片66能平坦载放于基座54表面。
值得注意的是，由于升降环58能固定升降针56而使升降针56在上下移动时保持垂直，因此本发明的升降针56可使用具有比现有技术中尺寸更小的杆部56b，而不需担心会发生现有技术中因为升降针的杆部太细而在上下移动过程中左右晃动，造成晶片无法对位不准的问题。故在优选实施例中，升降针56的杆部56b的尺寸可小于或等于穿孔62尺寸的3/4，优选为0.12英寸。在此情况下，虽然升降针56材料与清洁气体仍旧会反应而生成氟化物附着于升降针56表面，使得杆部56b增厚，但由于杆部56b本身尺寸较小，因此其增厚的程度仍不足以阻塞穿孔62，可以有效避免现有技术的卡针或升降针56无法顺利下降等问题，进而能减少停止工艺以清洁机器的次数。
在本实施例中，各升降针56的下端凸出于升降环58，因此当升降盘60上升时会抵触升降针56的下端而带动升降环58上升。然而，在本发明的另一实施例中，升降针56的下端固定于升降环58内，因此升降盘60可藉由向上推抵升降环58而间接带动升降针56的作动。再者，升降针56固定于升降环58的方式并非限定于本实施例所示的锁固方法，而可以其它能使升降针56直立于升降环58的方法固定。
值得注意的是，根据本发明的精神，并不建议将升降针56固定于升降盘60上以取代升降环58，因为若将升降针56直接固定于升降盘60上，即使升降针56间接连接固定于升降驱动器64等工艺反应室50的其它装置，而无法提供升降针56一弹性活动空间，可能导致升降针56在将晶片66载放至基座54上时，发生晶片66无法对位或无法调整晶片66位置等问题。
相较于现有技术，本发明提供的基板承载装置具有一特殊的升降针机构，其具有一升降环，能使升降针在上升与下降过程中保持垂直而不致偏斜，因此能平衡支撑置于其上的基板，使基板能平坦放置于基座上并能使基板有效对位。此外，由于升降环能固定升降针的杆部在升降时的方向，因此升降针的杆部可采用较小的尺寸，其尺寸大小的选择依据工艺中副产物的附着不会影响升降针在基座中的上下移动为原则，故可避免现有技术中因升降针表面附着物太厚而必须常常停机清理的问题，能有效提高工艺效率和降低工艺成本。此外，本发明的基板承载装置并未限于应用在薄膜沉积反应室中或半导体工艺中，任何其它需要将基板上下移动或传送基板的工艺反应室皆可利用本发明精神设置一基板承载装置或升降针机构，例如将本发明装置应用于液晶显示器的工艺反应室中，用来传送一液晶显示器的玻璃基板，以平稳上下移动基板而不致造成基板的损坏。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种基板承载装置，其包括一基座，用以置放一基板；一升降环(lift ring)，以可移动的方式设于该基座下方；多个升降针(lift pin)，穿设于该基座中，且该些升降针的下端固定于该升降环上，以使该些升降针能同时以大致垂直于该升降环的方向上下移动；以及一升降盘(strike plate)，设于该些升降针的下方，该升降盘能上下作动并经由抵触该些升降针的下端或该升降环而使该些升降针随之上下移动。
2.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基板承载装置还包括一升降驱动器，用以驱动该升降盘，以使该升降盘上下作动。
3.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基座包括多个穿孔，而各该升降针设置于一该穿孔中。
4.如权利要求1所述的基板承载装置，其中各该升降针皆包括一帽部以及一杆部，其中该杆部的上端连结于该帽部的下端，而该帽部用来支撑该基板。
5.如权利要求4所述的基板承载装置，其中该杆部的直径小于等于0.12英寸(inch)。
6.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该升降环为一扁平的圆环。
7.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该些升降针锁固于该升降环上。
8.如权利要求7所述的基板承载装置，其中该升降环包括多个螺孔，以供固定该些升降针。
9.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该些升降针穿设于该升降环上，以使该些升降针的末端凸出于该升降环的底面。
10.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基板承载装置包括至少三个该些升降针，以平衡支撑该基板。
11.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基板为一晶片。
12.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基板承载装置应用于一半导体工艺反应室中。
13.如权利要求11所述的基板承载装置，其中该半导体工艺反应室为一薄膜沉积反应室。
14.如权利要求13所述的基板承载装置，其中该薄膜沉积反应室为一物理气相沉积反应室或一化学气相沉积反应室。
15.如权利要求14所述的基板承载装置，其中该薄膜沉积反应室在进行一薄膜沉积工艺时，其温度大于450℃。
16.如权利要求14所述的基板承载装置，其中该薄膜沉积反应室为一常压(atmospheric pressure)化学气相沉积反应室或一低压(low pressure)化学气相沉积反应室。
17.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该些升降针的材料为陶瓷材料。
18.如权利要求17所述的基板承载装置，其中该陶瓷材料为氧化铝(aluminum oxide，Al2O3)。
19.如权利要求1所述的基板承载装置，其中该基座为一加热器。
20.一种升降针机构，该升降针机构应用于一工艺反应室中，用以支撑一基板以使该基板能上下移动，该升降针机构包括多个升降针，穿设于一基座的多个穿孔中，且该些升降针的直径小于该些穿孔的孔径，以使该些升降针能于该些穿孔中上下移动；以及一升降环，设于该些升降针的下方，且该些升降针垂直固定于该升降环上。
21.如权利要求20所述的升降针机构，其中该工艺反应室包括一升降盘，设于该升降环的下方，其中该升降盘能上下作动并经由抵触该些升降针或该升降环而使该些升降针随之上下移动。
22.如权利要求21所述的升降针机构，其中该工艺反应室还包括一升降驱动器，用以驱动该升降盘，以使该升降盘上下作动。
23.如权利要求20所述的升降针机构，其中该些升降针的尺寸小于等于该些穿孔的3/4孔径。
24.如权利要求20所述的升降针机构，其中该些升降针锁固于该升降环上。
25.如权利要求24所述的升降针机构，其中该升降环包括多个螺孔，以供固定该些升降针。
26.如权利要求20所述的升降针机构，其中该些升降针穿设于该升降环上，以使该些升降针的末端凸出于该升降环的底面。
27.如权利要求20所述的升降针机构，其中该升降针机构包括至少三个该些升降针，以平衡支撑该基板。
28.如权利要求20所述的升降针机构，其中该升降环为一扁平状物体。
29.如权利要求20所述的升降针机构，其中该基板为一晶片。
30.如权利要求20所述的升降针机构，其中该升降针机构设置于一半导体工艺反应室中。
31.如权利要求30所述的升降针机构，其中该半导体工艺反应室为一薄膜沉积反应室。
32.如权利要求31所述的升降针机构，其中该薄膜沉积反应室为一物理气相沉积反应室或一化学气相沉积反应室。
33.如权利要求32所述的升降针机构，其中该薄膜沉积反应室在进行一薄膜沉积工艺时，其温度大于450℃。
34.如权利要求32所述的升降针机构，其中该薄膜沉积反应室为一常压化学气相沉积反应室或一低压化学气相沉积反应室。
35.如权利要求20所述的升降针机构，其中该些升降针的材料为陶瓷材料。
36.如权利要求35所述的升降针机构，其中该陶瓷材料为氧化铝。
37.如权利要求20所述的升降针机构，其中该经基座为一加热器。
全文摘要
本发明提供一种升降针机构，其应用于一工艺反应室中，用以支撑一基板，以使基板能上下移动。本发明的升降针机构包括多个升降针以及一升降环。升降针穿设于一基座的多个穿孔中，且升降针的尺寸小于穿孔的大小，以使升降针能于穿孔中上下移动。升降环设于升降针下方，而升降针垂直固定于升降环上。
文档编号H01L21/67GK1812072SQ20051000582
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月27日 优先权日2005年1月27日
发明者赖建兴, 张英毅, 许文振 申请人:联华电子股份有限公司