CN101791604A - 基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置及方法,属于半导体技术领域。为提高涂敷薄膜的均匀度,同时减少涂敷溶液的使用量,降低浪费和环境污染,本发明提供一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,包括喷嘴移动机构用于移动超声雾化喷嘴,超声雾化喷嘴用于雾化液体形成微细液滴;器件吸附构件设置于超声雾化喷嘴下方,用于吸附固定待喷涂基片器件;超声振动构件设置于器件吸附构件下端,用于对待喷涂基片器件进行上下方向的振动。通过该方法,涂布于晶片的光刻胶的均匀性增加的同时,所用光刻胶的使用量大大减小,而由此产生的环境问题也减少了。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域,具体涉及一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置及方法。
背景技术
众所周知,在半导体技术领域内,当在半导体基片器件(如晶片)上形成的半导体涂层、绝缘层、或电极层要腐蚀成预定图案时,在涂层的表面形成保护膜,以作为图案部分的遮盖物。
旋转涂敷是通常使用的一种形成保护膜的方法。按照这个方法,将晶片放置并固定在一个旋转的工作台上。例如,将光刻胶溶液滴在晶片上表面的中心部位,由于晶片的旋转和离心作用,保护溶液从晶片中央位置螺旋状扩散到边缘部位,由此在晶片上涂上光刻胶溶液涂层。
根据这个方法,在将光刻胶溶液从晶片的中心位置扩散到边缘位置的过程中,溶液的溶剂将蒸发掉。由于这个原因,溶液粘度沿扩散方向发生变化,且中心部位液膜的厚度与边缘不同。此外,边缘部位的离心速度比中心部位高,边缘部位的溶液分散量远远大于中心部位的量,因此,不可能获得十分均匀的涂敷。
同时,在晶片的高速旋转过程中,大量的胶液被甩出,造成胶液的大量浪费。这就是说,对于用于涂布晶片的光刻胶量而言,喷向晶片的光刻胶太多,使大量的光刻胶被浪费掉,造成经济损失,并造成在光刻胶后处理中的环境问题。
为了解决这些问题,有人提出了超声雾化喷涂的方式用于液体光刻胶的涂敷,利用压电晶片作为驱动件的超声雾化喷嘴(美国专利US4978067),利用表面波的机理将充分稀释的光刻胶溶液雾化成粒径微小的液滴,喷涂在晶片表面,待溶剂挥发之后形成所需的涂敷薄膜。在此基础上,美国专利US5687905进一步引进辅助气体,使液体在超声波与气体共同作用下雾化成粒径比较均匀的精细液滴,从而在晶片表面形成比较均匀的液体薄膜。
采用表面波机理的超声波雾化喷嘴,必须在形成良好液体薄膜的基础上,提供足够的振幅使液体在表面波的作用下,破裂成细小的雾状液滴,超声频率越高,雾化液滴的尺度也越细。然而超声频率越高,雾化喷嘴结构本身及其压电晶片的尺寸也相应减小,随之雾化表面的振幅也越小,对于粘度越大的液体,粘性阻力越大,表面张力一般也越大,越不容易雾化,工作频率120KHZ的超声喷嘴,对理想的雾化效果,液体黏度值不能超过50厘泊,微粒固态物质含量应该低于30%。在光刻胶的超声雾化喷涂过程中,由于光刻胶粘度较大,雾化效果相对较差,雾化的液体粒径较大,液滴流动性差,在晶片表面形成很多的不均匀的液体微粒,难以形成厚度均匀的液体薄膜。
现有的光刻胶旋涂装置如图1所示,其中,101为喷嘴、102为晶片,103为晶片吸附构件,该结构易造成喷涂效果不理想,很难形成厚度均匀的液体薄膜,并存在很大的材料浪费及环境污染等缺陷。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提高涂敷过程中液体薄膜的均匀度,同时减少现有的液体材料薄膜喷涂技术中涂敷溶液的使用量,降低浪费和环境污染。
(二)技术方案
为解决上述技术问题,本发明提供一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,包括:
超声雾化喷嘴,用于雾化液体形成微细液滴;
喷嘴移动机构,连接超声雾化喷嘴,用于移动所述超声雾化喷嘴;
器件吸附构件,设置于所述超声雾化喷嘴下方,用于吸附固定待喷涂基片器件;
超声振动构件,设置于所述器件吸附构件下端,连接超声驱动电源,用于对所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
所述超声振动构件包括由电极片与一对压电晶片构成的压电换能器,所述压电换能器用于在超声驱动电源的激励下,对所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
所述超声振动构件还连接有平台移动机构,所述平台移动机构用于根据具体的需要移动所述超声振动构件。
此外,本发明还提供一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,包括如下步骤:
步骤1,将待喷涂基片器件固定在器件吸附构件上,按喷涂要求调整好器件吸附构件与超声雾化喷嘴之间的间距;
步骤2,开启超声雾化喷嘴,通过液体供给系统向超声雾化喷嘴输送液体溶液,使雾化的液滴喷涂在基片器件上;
步骤3,开启超声驱动电源,使基片器件发生上下方向的振动;
步骤4,移动机构带动超声雾化喷嘴和/或超声振动构件进行相对运动,使基片器件上形成厚度均匀的薄膜,喷涂完成后关闭液体供给系统与超声雾化喷嘴。
所述步骤2中的液体溶液的供给量由精确计量泵根据喷涂的厚度要求在一定范围内设定。
所述步骤3中的使待喷涂器件发生上下方向的振动具体为压电换能器在超声驱动电源的激励下,带动所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
所述步骤4中移动机构移动速率在一定范围内根据具体喷涂要求进行调整。
所述步骤4中移动机构移动路径根据喷涂的目标区域进行预先设定。
所述步骤4中的相对运动为超声振动机构静止,喷嘴移动机构带动喷嘴在器件吸附构件上方运动。
所述步骤4中的相对运动为超声雾化喷嘴静止,平台移动机构带动超声振动构件以及器件吸附构件在超声雾化喷嘴下方运动。
(三)有益效果
按照本发明技术方案采用超声振动台方式,将超声雾化的液滴喷涂在基片器件表面,比如半导体晶片、液晶片和这一类的基片,同时超声振动构件的作用使基片器件发生上下振动,使晶片表面密布的液滴在惯性力的作用下,发生变形并相互粘结在一起,从而形成厚度均匀的液体薄膜。根据本发明技术方案所得到的涂膜基片,其形状不受限制,可以是圆盘状、矩形状或其他一类的形状。适用本发明技术方案的涂敷溶液的是常规使用的各种溶液,但其粘度必须满足现有超声雾喷嘴的雾化要求,粘度值不能过大,其流量也应该在确定的范围内,可通过精密柱塞泵等液体计量泵来控制。通过选用不同频率的超声雾化喷嘴来控制雾化液滴的粒径,同时变化喷嘴移动速率使液体薄膜厚度满足其要求。本发明由于采用了超声振动工作方式,使基片表面的液滴发生变形,从而形成厚度均匀的液膜,同时由于使用超声雾化喷涂方式,大大减少了液体光刻胶的使用量。
附图说明
图1为现有的光刻胶旋涂装置示意图;
图2为本发明实施例中光刻胶薄膜喷涂装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚,下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例
本实施例以光刻胶薄膜喷涂为例,具体描述根据本发明技术方案来实现光刻胶薄膜喷涂的装置及方法。
根据本发明技术方案所提供的基于超声波振动台的光刻胶薄膜喷涂装置,如图2所示,一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,包括:
超声雾化喷嘴202,用于雾化液体形成微细液滴;
喷嘴移动机构201,连接超声雾化喷嘴202,用于根据具体的需要移动所述超声雾化喷嘴202至喷涂目标区域;
器件吸附构件204,设置于所述超声雾化喷嘴202下方,用于吸附固定待喷涂基片器件203;
超声振动构件205,设置于所述器件吸附构件204下端,连接超声驱动电源206,用于对所述待喷涂基片器件203产生图2中箭头所示的上下方向的振动。
所述超声振动构件205包括由电极片与一对压电晶片构成的压电换能器,所述压电换能器用于在超声驱动电源206的激励下,对所述待喷涂基片器件203产生上下方向的振动。
所述超声振动构件205还连接有平台移动机构,所述平台移动机构用于根据具体的需要移动所述超声振动构件205。
此外,本发明还提供一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,包括如下步骤:
步骤1,将待喷涂基片器件固定在器件吸附构件上,按喷涂要求调整好器件吸附构件与超声雾化喷嘴之间的间距;
步骤2,开启超声雾化喷嘴,通过液体供给系统向超声雾化喷嘴输送液体溶液,使雾化的液滴喷涂在基片器件上;
步骤3,开启超声驱动电源,激励超声振动构件使基片器件发生上下方向的振动;
步骤4,移动机构带动超声雾化喷嘴和/或超声振动构件进行相对运动,使基片器件上形成厚度均匀的薄膜,喷涂完成后关闭液体供给系统与超声雾化喷嘴。
优选地,所述步骤1中的间距为2-20cm。
所述步骤2中的超声雾化喷嘴可选用SONO-TEK公司8700系列喷嘴,液体溶液的供给按照所选用喷嘴型号的实际要求由精确计量泵精确给定。
所述步骤3中的使待喷涂器件发生上下方向的振动具体为压电换能器在超声驱动电源的激励下,带动所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
所述步骤3中的超声振动构件的振动频率可以在一个较大的范围内选择;
优选地,频率选择范围为20-200KHZ。
所述步骤4中移动机构移动速率可在一定范围内根据具体喷涂要求进行调整变化,速度越快,形成的液膜厚度越薄;
优选地,速率变化范围为:20-200mm/s。
所述步骤4中移动机构移动路径根据喷涂的目标区域进行预先设定。
所述步骤4中的相对运动为超声振动机构静止,喷嘴移动机构带动喷嘴在器件吸附构件上方运动。
所述步骤4中的相对运动为超声雾化喷嘴静止,平台移动机构带动超声振动构件以及器件吸附构件在超声雾化喷嘴下方运动。
本实施例通过使用振动工作台对晶片进行上下方向的振动,使待喷涂的晶片表面的液滴形成均匀的液膜,提供了液膜的均匀度,使之更好地满足显影刻蚀的工艺要求。该方案所用光刻胶的使用量大大减小,低于常规旋转涂敷的光刻胶使用量的五分之一。因此,在涂布于晶片上的光刻胶的均匀性增加的同时,经济上,光刻胶的花费降低了,而由此产生的环境问题也减少了。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,其特征在于,所述装置包括:
超声雾化喷嘴,用于雾化液体形成微细液滴;
喷嘴移动机构,连接超声雾化喷嘴,用于移动所述超声雾化喷嘴;
器件吸附构件,设置于所述超声雾化喷嘴下方,用于吸附固定待喷涂基片器件;
超声振动构件,设置于所述器件吸附构件下端,连接超声驱动电源,用于对所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
2.如权利要求1所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,其特征在于,所述超声振动构件包括由电极片与一对压电晶片构成的压电换能器,所述压电换能器用于在超声驱动电源的激励下,对所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
3.如权利要求1所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂装置,其特征在于,所述超声振动构件还连接有平台移动机构,所述平台移动机构用于根据具体的需要移动所述超声振动构件。
4.一种基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
步骤1,将待喷涂基片器件固定在器件吸附构件上,按喷涂要求调整好器件吸附构件与超声雾化喷嘴之间的间距;
步骤2,开启超声雾化喷嘴,通过液体供给系统向超声雾化喷嘴输送液体溶液,使雾化的液滴喷涂在基片器件上;
步骤3,开启超声驱动电源,使基片器件发生上下方向的振动;
步骤4,移动机构带动超声雾化喷嘴和/或超声振动构件进行相对运动,使基片器件上形成厚度均匀的薄膜,喷涂完成后关闭液体供给系统与超声雾化喷嘴。
5.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤2中的液体溶液的供给量由精确计量泵根据喷涂的厚度要求在一定范围内设定。
6.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤3中的使待喷涂器件发生上下方向的振动具体为压电换能器在超声驱动电源的激励下,带动所述待喷涂基片器件产生上下方向的振动。
7.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤4中移动机构移动速率在一定范围内根据具体喷涂要求进行调整。
8.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤4中移动机构移动路径根据喷涂的目标区域进行预先设定。
9.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤4中的相对运动为超声振动机构静止,喷嘴移动机构带动喷嘴在器件吸附构件上方运动。
10.如权利要求4所述的基于超声波振动台的液体材料薄膜喷涂方法,其特征在于,所述步骤4中的相对运动为超声雾化喷嘴静止,平台移动机构带动超声振动构件以及器件吸附构件在超声雾化喷嘴下方运动。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20100804 |