專利名稱：基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴
涂裝置及方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，當(dāng)在半導(dǎo)體基片器件(如晶片)上形成的半導(dǎo)體 涂層、絕緣層、或電極層要腐蝕成預(yù)定圖案時(shí)，在涂層的表面形成保護(hù)膜，以作為圖案部分 的遮蓋物。 旋轉(zhuǎn)涂敷是通常使用的一種形成保護(hù)膜的方法。按照這個(gè)方法，將晶片放置并固 定在一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上。例如，將光刻膠溶液滴在晶片上表面的中心部位，由于晶片的旋 轉(zhuǎn)和離心作用，保護(hù)溶液從晶片中央位置螺旋狀擴(kuò)散到邊緣部位，由此在晶片上涂上光刻 膠溶液涂層。 根據(jù)這個(gè)方法，在將光刻膠溶液從晶片的中心位置擴(kuò)散到邊緣位置的過程中，溶 液的溶劑將蒸發(fā)掉。由于這個(gè)原因，溶液粘度沿?cái)U(kuò)散方向發(fā)生變化，且中心部位液膜的厚度 與邊緣不同。此外，邊緣部位的離心速度比中心部位高，邊緣部位的溶液分散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于中 心部位的量，因此，不可能獲得十分均勻的涂敷。 同時(shí)，在晶片的高速旋轉(zhuǎn)過程中，大量的膠液被甩出，造成膠液的大量浪費(fèi)。這就 是說，對(duì)于用于涂布晶片的光刻膠量而言，噴向晶片的光刻膠太多，使大量的光刻膠被浪費(fèi) 掉，造成經(jīng)濟(jì)損失，并造成在光刻膠后處理中的環(huán)境問題。 為了解決這些問題，有人提出了超聲霧化噴涂的方式用于液體光刻膠的涂敷，利 用壓電晶片作為驅(qū)動(dòng)件的超聲霧化噴嘴(美國(guó)專利US4978067)，利用表面波的機(jī)理將充分 稀釋的光刻膠溶液霧化成粒徑微小的液滴，噴涂在晶片表面，待溶劑揮發(fā)之后形成所需的 涂敷薄膜。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)專利US5687905進(jìn)一步引進(jìn)輔助氣體，使液體在超聲波與氣體 共同作用下霧化成粒徑比較均勻的精細(xì)液滴，從而在晶片表面形成比較均勻的液體薄膜。
采用表面波機(jī)理的超聲波霧化噴嘴，必須在形成良好液體薄膜的基礎(chǔ)上，提供足 夠的振幅使液體在表面波的作用下，破裂成細(xì)小的霧狀液滴，超聲頻率越高，霧化液滴的尺 度也越細(xì)。然而超聲頻率越高，霧化噴嘴結(jié)構(gòu)本身及其壓電晶片的尺寸也相應(yīng)減小，隨之霧 化表面的振幅也越小，對(duì)于粘度越大的液體，粘性阻力越大，表面張力一般也越大，越不容 易霧化，工作頻率120KHZ的超聲噴嘴，對(duì)理想的霧化效果，液體黏度值不能超過50厘泊，微 粒固態(tài)物質(zhì)含量應(yīng)該低于30% 。在光刻膠的超聲霧化噴涂過程中，由于光刻膠粘度較大，霧 化效果相對(duì)較差，霧化的液體粒徑較大，液滴流動(dòng)性差，在晶片表面形成很多的不均勻的液 體微粒，難以形成厚度均勻的液體薄膜。 現(xiàn)有的光刻膠旋涂裝置如圖1所示，其中，101為噴嘴、102為晶片，103為晶片吸附 構(gòu)件，該結(jié)構(gòu)易造成噴涂效果不理想，很難形成厚度均勻的液體薄膜，并存在很大的材料浪 費(fèi)及環(huán)境污染等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提高涂敷過程中液體薄膜的均勻度，同時(shí)減少現(xiàn)有的
液體材料薄膜噴涂技術(shù)中涂敷溶液的使用量，降低浪費(fèi)和環(huán)境污染。 (二)技術(shù)方案 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝 置，包括 超聲霧化噴嘴，用于霧化液體形成微細(xì)液滴； 噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)，連接超聲霧化噴嘴，用于移動(dòng)所述超聲霧化噴嘴；
器件吸附構(gòu)件，設(shè)置于所述超聲霧化噴嘴下方，用于吸附固定待噴涂基片器件；
超聲振動(dòng)構(gòu)件，設(shè)置于所述器件吸附構(gòu)件下端，連接超聲驅(qū)動(dòng)電源，用于對(duì)所述待 噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。 所述超聲振動(dòng)構(gòu)件包括由電極片與一對(duì)壓電晶片構(gòu)成的壓電換能器，所述壓電換
能器用于在超聲驅(qū)動(dòng)電源的激勵(lì)下，對(duì)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。 所述超聲振動(dòng)構(gòu)件還連接有平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于根據(jù)具體的需
要移動(dòng)所述超聲振動(dòng)構(gòu)件。 此外，本發(fā)明還提供一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，包括如下 步驟 步驟l，將待噴涂基片器件固定在器件吸附構(gòu)件上，按噴涂要求調(diào)整好器件吸附構(gòu) 件與超聲霧化噴嘴之間的間距； 步驟2，開啟超聲霧化噴嘴，通過液體供給系統(tǒng)向超聲霧化噴嘴輸送液體溶液，使 霧化的液滴噴涂在基片器件上； 步驟3，開啟超聲驅(qū)動(dòng)電源，使基片器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)； 步驟4，移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲霧化噴嘴和/或超聲振動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使基片器
件上形成厚度均勻的薄膜，噴涂完成后關(guān)閉液體供給系統(tǒng)與超聲霧化噴嘴。 所述步驟2中的液體溶液的供給量由精確計(jì)量泵根據(jù)噴涂的厚度要求在一定范
圍內(nèi)設(shè)定。 所述步驟3中的使待噴涂器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)具體為壓電換能器在超聲驅(qū)
動(dòng)電源的激勵(lì)下，帶動(dòng)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。 所述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)速率在一定范圍內(nèi)根據(jù)具體噴涂要求進(jìn)行調(diào)整。 所述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)路徑根據(jù)噴涂的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。 所述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)靜止，噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴嘴在器件吸
附構(gòu)件上方運(yùn)動(dòng)。 所述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲霧化噴嘴靜止，平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲振動(dòng)構(gòu)件
以及器件吸附構(gòu)件在超聲霧化噴嘴下方運(yùn)動(dòng)。(三)有益效果 按照本發(fā)明技術(shù)方案采用超聲振動(dòng)臺(tái)方式，將超聲霧化的液滴噴涂在基片器件表 面，比如半導(dǎo)體晶片、液晶片和這一類的基片，同時(shí)超聲振動(dòng)構(gòu)件的作用使基片器件發(fā)生上 下振動(dòng)，使晶片表面密布的液滴在慣性力的作用下，發(fā)生變形并相互粘結(jié)在一起，從而形成厚度均勻的液體薄膜。根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案所得到的涂膜基片，其形狀不受限制，可以是圓 盤狀、矩形狀或其他一類的形狀。適用本發(fā)明技術(shù)方案的涂敷溶液的是常規(guī)使用的各種溶 液，但其粘度必須滿足現(xiàn)有超聲霧噴嘴的霧化要求，粘度值不能過大，其流量也應(yīng)該在確定 的范圍內(nèi)，可通過精密柱塞泵等液體計(jì)量泵來控制。通過選用不同頻率的超聲霧化噴嘴來 控制霧化液滴的粒徑，同時(shí)變化噴嘴移動(dòng)速率使液體薄膜厚度滿足其要求。本發(fā)明由于采 用了超聲振動(dòng)工作方式，使基片表面的液滴發(fā)生變形，從而形成厚度均勻的液膜，同時(shí)由于 使用超聲霧化噴涂方式，大大減少了液體光刻膠的使用量。


圖1為現(xiàn)有的光刻膠旋涂裝置示意圖； 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中光刻膠薄膜噴涂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、內(nèi)容、和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案， 而不能以此來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例 本實(shí)施例以光刻膠薄膜噴涂為例，具體描述根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)光刻膠薄 膜噴涂的裝置及方法。 根據(jù)本發(fā)明技術(shù)方案所提供的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的光刻膠薄膜噴涂裝置，如圖2 所示， 一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置，包括
超聲霧化噴嘴202，用于霧化液體形成微細(xì)液滴； 噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)201，連接超聲霧化噴嘴202，用于根據(jù)具體的需要移動(dòng)所述超聲霧 化噴嘴202至噴涂目標(biāo)區(qū)域； 器件吸附構(gòu)件204，設(shè)置于所述超聲霧化噴嘴202下方，用于吸附固定待噴涂基片 器件203 ;超聲振動(dòng)構(gòu)件205，設(shè)置于所述器件吸附構(gòu)件204下端，連接超聲驅(qū)動(dòng)電源206，用
于對(duì)所述待噴涂基片器件203產(chǎn)生圖2中箭頭所示的上下方向的振動(dòng)。 所述超聲振動(dòng)構(gòu)件205包括由電極片與一對(duì)壓電晶片構(gòu)成的壓電換能器，所述壓
電換能器用于在超聲驅(qū)動(dòng)電源206的激勵(lì)下，對(duì)所述待噴涂基片器件203產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。 所述超聲振動(dòng)構(gòu)件205還連接有平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于根據(jù)具體 的需要移動(dòng)所述超聲振動(dòng)構(gòu)件205。 此外，本發(fā)明還提供一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，包括如下 步驟 步驟l，將待噴涂基片器件固定在器件吸附構(gòu)件上，按噴涂要求調(diào)整好器件吸附構(gòu) 件與超聲霧化噴嘴之間的間距； 步驟2，開啟超聲霧化噴嘴，通過液體供給系統(tǒng)向超聲霧化噴嘴輸送液體溶液，使 霧化的液滴噴涂在基片器件上；
步驟3，開啟超聲驅(qū)動(dòng)電源，激勵(lì)超聲振動(dòng)構(gòu)件使基片器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)；
步驟4，移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲霧化噴嘴和/或超聲振動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使基片器 件上形成厚度均勻的薄膜，噴涂完成后關(guān)閉液體供給系統(tǒng)與超聲霧化噴嘴。
優(yōu)選地，所述步驟1中的間距為2-20cm。 所述步驟2中的超聲霧化噴嘴可選用SONO-TEK公司8700系列噴嘴，液體溶液的 供給按照所選用噴嘴型號(hào)的實(shí)際要求由精確計(jì)量泵精確給定。 所述步驟3中的使待噴涂器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)具體為壓電換能器在超聲驅(qū) 動(dòng)電源的激勵(lì)下，帶動(dòng)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。
所述步驟3中的超聲振動(dòng)構(gòu)件的振動(dòng)頻率可以在一個(gè)較大的范圍內(nèi)選擇；
優(yōu)選地，頻率選擇范圍為20-200KHZ。 所述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)速率可在一定范圍內(nèi)根據(jù)具體噴涂要求進(jìn)行調(diào)整變
化，速度越快，形成的液膜厚度越薄； 優(yōu)選地，速率變化范圍為20-200mm/s。 所述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)路徑根據(jù)噴涂的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。 所述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)靜止，噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴嘴在器件吸
附構(gòu)件上方運(yùn)動(dòng)。 所述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲霧化噴嘴靜止，平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲振動(dòng)構(gòu)件 以及器件吸附構(gòu)件在超聲霧化噴嘴下方運(yùn)動(dòng)。 本實(shí)施例通過使用振動(dòng)工作臺(tái)對(duì)晶片進(jìn)行上下方向的振動(dòng)，使待噴涂的晶片表面 的液滴形成均勻的液膜，提供了液膜的均勻度，使之更好地滿足顯影刻蝕的工藝要求。該方 案所用光刻膠的使用量大大減小，低于常規(guī)旋轉(zhuǎn)涂敷的光刻膠使用量的五分之一。因此，在 涂布于晶片上的光刻膠的均勻性增加的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)上，光刻膠的花費(fèi)降低了，而由此產(chǎn)生的 環(huán)境問題也減少了。 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變形，這些改進(jìn)和變形 也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置，其特征在于，所述裝置包括超聲霧化噴嘴，用于霧化液體形成微細(xì)液滴；噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)，連接超聲霧化噴嘴，用于移動(dòng)所述超聲霧化噴嘴；器件吸附構(gòu)件，設(shè)置于所述超聲霧化噴嘴下方，用于吸附固定待噴涂基片器件；超聲振動(dòng)構(gòu)件，設(shè)置于所述器件吸附構(gòu)件下端，連接超聲驅(qū)動(dòng)電源，用于對(duì)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置，其特征在于，所 述超聲振動(dòng)構(gòu)件包括由電極片與一對(duì)壓電晶片構(gòu)成的壓電換能器，所述壓電換能器用于在 超聲驅(qū)動(dòng)電源的激勵(lì)下，對(duì)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置，其特征在于，所 述超聲振動(dòng)構(gòu)件還連接有平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于根據(jù)具體的需要移動(dòng)所述 超聲振動(dòng)構(gòu)件。
4. 一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所述方法包括如下 步驟步驟l，將待噴涂基片器件固定在器件吸附構(gòu)件上，按噴涂要求調(diào)整好器件吸附構(gòu)件與 超聲霧化噴嘴之間的間距；步驟2，開啟超聲霧化噴嘴，通過液體供給系統(tǒng)向超聲霧化噴嘴輸送液體溶液，使霧化 的液滴噴涂在基片器件上；步驟3，開啟超聲驅(qū)動(dòng)電源，使基片器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)；步驟4，移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲霧化噴嘴和/或超聲振動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使基片器件上 形成厚度均勻的薄膜，噴涂完成后關(guān)閉液體供給系統(tǒng)與超聲霧化噴嘴。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟2中的液體溶液的供給量由精確計(jì)量泵根據(jù)噴涂的厚度要求在一定范圍內(nèi)設(shè)定。
6. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟3中的使待噴涂器件發(fā)生上下方向的振動(dòng)具體為壓電換能器在超聲驅(qū)動(dòng)電源的激 勵(lì)下，帶動(dòng)所述待噴涂基片器件產(chǎn)生上下方向的振動(dòng)。
7. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)速率在一定范圍內(nèi)根據(jù)具體噴涂要求進(jìn)行調(diào)整。
8. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟4中移動(dòng)機(jī)構(gòu)移動(dòng)路徑根據(jù)噴涂的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行預(yù)先設(shè)定。
9. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲振動(dòng)機(jī)構(gòu)靜止，噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)噴嘴在器件吸附構(gòu)件上方 運(yùn)動(dòng)。
10. 如權(quán)利要求4所述的基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂方法，其特征在于，所 述步驟4中的相對(duì)運(yùn)動(dòng)為超聲霧化噴嘴靜止，平臺(tái)移動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)超聲振動(dòng)構(gòu)件以及器件吸 附構(gòu)件在超聲霧化噴嘴下方運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置及方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。為提高涂敷薄膜的均勻度，同時(shí)減少涂敷溶液的使用量，降低浪費(fèi)和環(huán)境污染，本發(fā)明提供一種基于超聲波振動(dòng)臺(tái)的液體材料薄膜噴涂裝置，包括噴嘴移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于移動(dòng)超聲霧化噴嘴，超聲霧化噴嘴用于霧化液體形成微細(xì)液滴；器件吸附構(gòu)件設(shè)置于超聲霧化噴嘴下方，用于吸附固定待噴涂基片器件；超聲振動(dòng)構(gòu)件設(shè)置于器件吸附構(gòu)件下端，用于對(duì)待噴涂基片器件進(jìn)行上下方向的振動(dòng)。通過該方法，涂布于晶片的光刻膠的均勻性增加的同時(shí)，所用光刻膠的使用量大大減小，而由此產(chǎn)生的環(huán)境問題也減少了。
文檔編號(hào)B05C13/02GK101791604SQ20101012910
公開日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2010年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月18日
發(fā)明者何磊明, 向東, 段廣洪, 牟鵬, 瞿德剛 申請(qǐng)人:清華大學(xué)