承接上期的專文，筆者要繼續以半導體製程技術之專利文獻實例為讀者們介紹TRIZ的發明原則。

發明原則7: 套疊／巢狀結構(Nesting)

發明原則「套疊／巢狀結構」，通常具有下列之涵義：

• 將一物體放置於另一物體內
• 將多數個物體或系統放置在其他物體或系統內
• 將一動態性物體通過另一物體的孔隙

首先，筆者要提示一則有關於半導體影像感測器(CMOS Image Sensor，CIS)之案例，專利名稱為「半導體模組」(Semiconductor Module)，專利號碼為US8742323。本案所要討論的主題是有關於晶圓級封裝(Wafer Level Chip Size Package，WLCSP)之技術。

近年來，拜可攜式電子裝置市場之蓬勃發展，帶動了數位攝影裝置的廣大需求，因此而促使半導體影像感測模組走向輕薄短小的境界，於是該晶圓級封裝技術的重要性也就因時趁勢而水漲船高了。以目前的市場趨勢而言，CMOS影像感測器是一種用來執行數位電子影像的成像設備，主要應用於手機相機和其他影像設備，感測器旁的電路將光能轉換成電壓，晶片上其他的電路則將電壓轉換為數位資料。

參考圖一所示，一半導體影像感測器元件3，其上覆以一透明之玻璃上蓋1作為感測器元件的保護材料，元件1與元件3之間則以一具有方形開口2a之四邊形封裝材料2作為隔離之用，其外側為一具有方形開口之環狀遮光材料8所包覆，該遮光材料的作用是防止側面漏光造成感測影像品質不佳的影響，同時也作為其與透鏡元件12的隔離之用，該透鏡元件則包含有一聚光作用之透鏡12a與一環狀之透鏡支撐材料12b。

其次，感測器元件3之背面為一絕緣層之薄膜6，該感測器元件之外圍具有複數個通孔4，通孔內填充有導線材料5，該導線延伸至絕緣層之通孔7以作為與電路基板相銜接之端點，該端點則是用於傳輸影像感測信號之介面。

圖一、半導體模組

圖片來源:USPTO，8742323號專利

本案例在利用半導體影像感測器之晶圓級封裝技術解釋「套疊」之涵義，相信讀者們可以對其多層次之封裝模組結構一目了然。

發明原則8: 反重力(Anti-Weight)

「反重力」發明原則通常具有下列之涵義：

• 結合能提供上升力量的物體，平衡物體的重量 
• 利用環境中產生的空氣動力、水動力、浮力等，平衡物體的重量

眾所周知，晶圓(Wafer)是製造積體電路(Integrated Circuit, IC)的基本材料，通常是由矽(Silicon, Si)或砷化鎵(Gallium Arsenide, GaAs)等半導體材料所組成。矽晶圓是利用特殊的拉晶(Crystal Pulling)裝置將熔化的純矽，緩慢旋轉逐漸拉升冷卻以獲得單晶(Crystal)結構的晶棒(Ingot)，該矽晶棒再經過研磨、拋光、切片，而成為矽晶圓。在晶圓投入積體電路製程之前，必須先實施一蝕刻製程，以溶解或移除晶圓表面之雜質與凸點，並確保該晶圓表面之平坦度與均勻度(Uniformity)之良好。

如圖二所示，本發明為一有關於半導體製程設備的基礎專利，也是以「濕蝕刻」(Wet Etching)技術為基礎的重要專利，專利名稱為「蝕刻半導體晶圓的製程與設備」(Process and apparatus for etching semiconductor wafers)，專利號碼為US5340437。該圖中的濕蝕刻設備具有一外槽12與一內槽16，蝕刻液分別位於外槽20與內槽18的空間中，其以幫浦驅使蝕刻液循環流動使用。傳動軸64與66外接驅動馬達，可帶動齒輪組104與106進行旋轉動作，內槽可供複數個晶圓50分別置於滾輪52之上並以複數個溝槽51固定其相等之間距。該設備的底部設有一岐管，該岐管可通入惰性氣體，該惰性氣體在通過多孔性隔板34a、34b與34c之後可形成均勻且細微之氣泡，該氣泡即可供晶圓表面進行蝕刻製程之用。

圖二、蝕刻半導體晶圓的製程與設備

圖片來源:USPTO，5340437號專利

依圖三之設備側視圖所示，外接驅動馬達的傳動軸64可帶動齒輪組104與106進行旋轉動作，並進一步帶動4組滾輪52a、52b、52c與52d運轉，如晶圓操作側視圖所示，該4組滾輪即是用以乘載複數個晶圓進行旋轉動作，以利於晶圓表面蝕刻製程之進行。

圖三、蝕刻半導體晶圓的製程與設備

圖片來源:USPTO，5340437號專利

由本例可知，此一濕蝕刻設備在利用「反重力」(或浮力)的條件上確實有著相當優異的特點，其一是利用蝕刻液的浮力減輕晶圓的重量與4組滾輪的負荷，藉此可以延長該滾輪治具的使用壽命。其次是藉由均勻且細微之氣泡向上漂浮時，該氣泡會撞擊晶圓表面，此一現象則有利於蝕刻液溶解或移除晶圓表面之雜質與凸點並確保該蝕刻設備之製程性能良好。

綜合本系列之四期專文，相信讀者們對於如何利用專利資料庫找出對應TRIZ的40個發明原則之專利文獻實例，已有初步之了解。筆者也相信讀者們只要能依此類推，一樣可以多方面地發現相關之例證以供研習TRIZ之用，本系列之專文就此告一段落。

作者： 胡竹林 現任： 北美智權教育訓練處 資深研發創新顧問 經歷： 高通顯示器 微機電顯示器資深經理 華晶科技 工程部經理 友達光電 資深工程師 加州大學洛杉磯分校 電機研究所碩士

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