CN103008175B - 涂覆设备和涂覆方法 - Google Patents

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Abstract

根据实施例，一种涂覆设备包括：台，其支撑被涂覆对象；以及涂覆头，其整体包括材料释放单元和气体喷射单元，所述材料释放单元能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象释放涂覆材料，所述气体喷射单元与所述材料释放单元一起能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象喷射气体。

Description

涂覆设备和涂覆方法
相关申请的交叉引用
此申请基于2011年9月26日提交的在先日本专利申请No.2011-208426，并要求其优先权益，于此通过引用并入了该专利申请的全部内容。
技术领域
实施例涉及涂覆设备和涂覆方法，并且更具体地，涉及其中通过向被涂覆对象施加材料来形成涂覆膜的涂覆设备和涂覆方法。
背景技术
作为在半导体领域在基底上形成膜的方法的范例，存在其中材料从涂覆喷嘴释放并且彼此相对设置的喷嘴和基底相对地移动以进行涂覆的涂覆方法。在旋涂方法中，盘状基底固定于圆旋转台上，圆旋转台以喷嘴的释放表面与基底的表面之间的预定距离(间隙)旋转。材料通过恒容量泵从涂覆喷嘴释放，其流速是可控制的，因为喷嘴直接从基底的中心朝向外周边移动。以此方式，描述了施加的螺旋轨迹以在圆基底的整个表面上形成膜。此类型的涂覆设备和涂覆方法需要膜厚度和形状的高精度控制。
发明内容
根据实施例，涂覆设备包括台和涂覆头。台支撑被涂覆对象。涂覆头整体包括材料释放单元和气体喷射单元。
根据本发明的一方面，提供了一种涂覆设备，包括：
台，其支撑被涂覆对象；以及
涂覆头，其整体包括材料释放单元和气体喷射单元，所述材料释放单元能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象释放涂覆材料，所述气体喷射单元与所述材料释放单元一起能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象喷射气体。
根据本发明的另一方面，提供了一种使用如上所述的涂覆设备的涂覆方法，包括：
在相对于所述被涂覆对象移动所述涂覆头时，从联接至所述涂覆头的所述材料释放单元释放所述涂覆材料；以及
从联接至所述涂覆头的所述气体喷射单元供应所述气体。
附图说明
图1是示出根据第一实施例的涂覆设备的配置的示意性解释图；
图2是示出第一实施例的涂覆方法的基底的解释图；
图3是示出涂覆设备的涂覆头的切换操作的解释图；
图4是示出第一实施例的涂覆设备和方法的流程图；
图5是示出根据涂覆方法的基底的区域的解释图；
图6是示出第一实施例的涂覆设备和方法的解释图；以及
图7是示出根据第二实施例的涂覆方法的解释图。
具体实施方式
材料释放单元可相对于台移动，并配置为向台上的被涂覆对象释放涂覆材料。气体喷射单元与材料释放单元一起可相对于台移动并配置为向台上的被涂覆对象喷射气体。
[第一实施例]
现在将参照图1至5描述根据第一实施例的涂覆设备和涂覆方法。在这些图中，箭头X、Y和Z指示三个正交方向。此外，为易于示例，一些结构元件的尺度放大或缩小了或一些结构元件省略了。
在本实施例中，涂覆设备和方法将分别描述为旋涂设备和旋涂方法。
图1中所示的涂覆设备包括台2、旋转机构3、涂覆头4、头移动支撑机构5、以及控制单元10。台2包括安装表面2a，在安装表面2a上，放置作为被涂覆对象的基底W。旋转机构3在水平面内旋转台2。涂覆头4面向基底W移动。头移动支撑机构5支撑涂覆头4和台2，以在X轴线和Z轴线的方向上移动。控制单元10控制这些元件。
台2是例如圆形结构，该圆形结构能够由旋转机构3绕沿Z轴线延伸的旋转轴线C2在水平面(XY平面)内旋转。台2包括抽吸机构，该抽吸机构吸引放置在台2上的基底W。基底W由抽吸机构固定并保持在台2的安装表面2a上。例如，空气抽吸机构等可以用作此抽吸机构。
旋转机构3是支撑台2以在水平面内旋转并且借助于诸如马达的驱动源绕台的中心在水平面内旋转台2的机构。从而，台2上的基底W在水平面内旋转。
涂覆头4整体包括旋转轴6、材料释放喷嘴7、蒸气喷射喷嘴8、以及连接部分9。旋转轴6连接至头移动支撑机构5。材料释放喷嘴7布置于旋转轴6的一侧，并且蒸气喷射喷嘴8布置在另一侧。连接部分9连接喷嘴7和8。
材料释放喷嘴(材料释放单元)7通过处于压力下的其尖端的喷嘴孔7b连续地释放液体涂覆材料，诸如树脂材料，并将该材料施加至台2上的基底W。
蒸气喷射喷嘴(气体喷射单元)8通过处于压力下的其尖端的喷嘴孔8b连续地喷射溶剂蒸气，并将蒸气供应至台2上的基底W。使用的溶剂蒸气可以是液体材料溶剂、与液体材料兼容的液体、或含有具有与液体材料的亲和力的材料的液体的蒸气。
根据诸如用于蒸汽喷射和液体材料施加的定时的条件选择溶剂蒸气。在蒸气喷射后立刻执行液体材料的施加的情况下，例如，使用液体材料溶剂、与液体材料兼容的液体或含有具有与液体材料的亲和力的材料的液体的蒸气。
相比而言，在施加液体材料后立刻执行蒸气喷射的情况下，使用液体材料溶剂或与液体材料兼容的液体的蒸气。
材料释放喷嘴7和蒸气喷射喷嘴8整体借助于连接部分9布置并且可在水平面(XY平面)内绕旋转轴6旋转，旋转轴6具有沿Z轴线延伸的旋转轴线C1。喷嘴7和8的相对纵向位置能够随涂覆头4的旋转而改变。从而，通过仅旋转涂覆头4，能够容易地建立正确的位置关系，如图2中所示。
此外，涂覆头4构造为使得连接部分9的长度和材料释放喷嘴7与蒸气喷射喷嘴8之间的距离d是可调整的。通过调整距离d，能够调整用于至基底W的溶剂蒸气供应与材料施加的定时之间的时间滞后。
如图1中所示，移动机构5包括：Z轴线移动机构，其在Z轴线方向上支撑并移动涂覆头4；以及X轴线移动机构，其在X轴线方向上支撑并移动头4。移动机构5定位台2以上的头4并且相对于台2移动头。使用线性马达作为其驱动源的线性马达移动机构、使用马达作为其驱动源的进给螺杆移动机构等用于Z和X轴线移动机构。
控制单元10包括用于密集(intensively)控制元件的微计算机和存储各种程序和数据的存储单元。存储器、硬盘驱动器(HDD)等可以用作存储单元。
控制单元10基于各种程序和数据(涂覆条件数据等)来控制旋转机构3和移动机构5。如图3中所示，在执行来自喷嘴7和8的液体材料释放和蒸气喷射时，控制单元10旋转台2，台2承载其上的基底W。然后，控制单元10在X轴线方向上从基底W的中心朝向外周边线性地移动涂覆头4。作为如图3中基底W的顺时针旋转以及涂覆头4向图3的右边的线性移动的结果，涂覆头4在由图3中的箭头指示的施加方向(相对移动方向)上从基底W的中心位置P1朝向外端部分P2相对地移动。从而，涂覆材料描述涂覆材料施加至基底W时的旋转轨迹(旋涂)，于是在基底的整个表面上形成膜M。
此外，控制单元10根据设定而绕旋转轴6旋转涂覆头4，由此改变喷嘴7和8的相对施加方向。
现在将参照图4的流程图描述涂覆设备1执行的沉积过程(涂覆方法)。涂覆设备1的控制单元10基于各种程序和数据(涂覆条件数据等)来执行沉积过程。
如图4中所示，首先执行诸如原始返回的初始操作(ST1)。于是，通过输运机构将基底W引入到台2上，输运机构诸如是机器人处理系统(ST2)。基底W通过抽吸机构固定于台2上。其后，涂覆头4通过Z轴线移动机构在Z轴线方向上移动，使得头4与基底W的被涂覆表面之间的竖直距离(或间隙)处于设定值。于是，涂覆头4设定在待受到位置调整的水平面上的涂覆开始位置(ST3)。
于是，作为涂覆过程执行ST4至ST10的处理。在涂覆过程中，在从材料释放喷嘴7释放液体材料并且从蒸气喷嘴8供应蒸气时，涂覆头4首先相对于基底W移动(ST4)。
在本实施例中，如图5中所示，在中心区域A1和边缘区域A2中局部执行蒸气喷射，但是不在区域A1和A2之间的中心区域A3中执行蒸气喷射，中心区域A1中膜厚度特别容易增大。在本实施例中，例如，执行处理的涂覆头4从中心中的涂覆开始位置P1朝向外周边末端处的涂覆结束位置P2移动。相应地，与液体材料释放一起执行蒸气喷射，直至从控制单元10的控制下的涂覆的开始，一定时间已经消逝(ST5)，并且在时间t1已经消逝后，停止蒸气喷射(ST6)。其后，仅执行液体材料释放(ST7)，在一定时间t2已经消逝后，重新开始蒸气喷射(ST8)，并且蒸气喷射与液体材料释放一起继续，直至涂覆的结束。例如，根据诸如涂覆速度、区域A1和A2的宽度等的条件，设定时间t1和t2。
随着台2通过旋转机构3旋转，使得其上的基底W旋转，涂覆头4以恒定速度在X轴线方向上从基底W的中心中的开始位置，即从中心开始，朝向基底的外周边移动。然后，蒸气从蒸气喷射喷嘴8喷射，并且液体材料从材料释放喷嘴7连续地释放到基底W的涂覆表面上，由此材料螺旋地施加至被涂覆表面(旋涂涂覆)。从而，在基底W的被涂覆表面上形成涂覆膜M。
如图6中所示，随着涂覆头4以此方式移动，首先从喷嘴8喷射蒸气，作为区域A1和A2中的预处理，喷嘴8相对于施加方向位于前面。此后，立刻从喷嘴7释放液体材料。
以此布置连续地执行从喷嘴7和8的液体材料释放和蒸气喷射。然而，因为喷嘴7和8在施加方向上纵向地交错，所以基底W上的蒸气喷射和液体施加是在从开始位置P1至结束位置P2的施加的螺旋轨迹的数个部分顺序地执行的。
于是，确定是否达到预设定的预确定的位置或时间(ST9)。如果确定未达到刚好在涂覆完成之前的预确定的位置或时间(ST9中否)，则继续涂覆过程。在圆基底W的情况下，假定外端部分在结束位置P2中。当达到结束位置P2时，完成液体释放和蒸气喷射，于是涂覆过程结束(ST10)。
在涂覆结束之后，通过移动机构5抬起涂覆头4(ST11)。于是，借助于观测装置来观测或检查基底W上的涂覆膜M，以看其是否受到针孔的影响或监视涂覆膜M中的外来物质的存在、异常膜厚度的出现、涂覆膜M的边缘部分的形状等。如果需要，对部分涂层执行修补过程，于是结束处理。
根据本实施例的涂覆设备和方法，膜厚度能够受到控制，使得通过在涂覆操作期间喷射溶剂蒸气来改变涂覆液体的粘性和润湿性。
如果具有亲和力或兼容性的液体的蒸气是在涂覆材料释放之前立刻预喷射的，则例如，改善了基底上的液体的润湿性，使得其后立刻施加的液体材料容易展开。从而，膜厚度变得均匀，使得改善了整个基底W的均一性。
此外，根据本实施例，能够通过局部地控制用于溶剂蒸气喷射的定时，局部地执行喷射。因此，能够通过特别是在涂覆开始点处的中心位置和在涂覆结束点处的边缘部分中局部地执行蒸气喷射来将膜厚度控制为均匀的，其中，在基底的旋转的离心力、恒容量泵的惯性力等的影响下，中心位置的膜厚度易于增大。从而，如果膜厚度局部地增大，则能够避免可以在随后的曝光/显影过程中引起的问题。
在本实施例的涂覆设备和方法中，随着材料施加和溶剂蒸气喷射的执行，蒸气喷射喷嘴和材料释放喷嘴整体移动，使得能够减小定时差异，并且能够促进定时控制。从而，能够在由干燥引起挥发或退化之前实现处理。此外，通过供应蒸气，非常小量的溶剂能够均匀地引入到基底或施加的液体的表面上。
通过在旋转轴的相对侧上逐个布置喷嘴并旋转涂覆头4以改变其角度，能够改变喷嘴7和8的相对纵向位置。从而，能够根据材料和环境以简单结构改变溶剂供应的定时。
因为蒸气喷射能够与液体施加一起执行，所以能够减小处理定时。此外，通过控制用于蒸气喷射的定时，能够实现局部处理。
本发明不限于上述实施例，根据第一实施例，例如，蒸气喷射喷嘴8在施加方向上位于材料释放喷嘴7之前，并且蒸气喷射在材料施加之前执行。然而，替代地，通过旋转涂覆头4以改变相对纵向位置，例如如图4中所示，能够以相反顺序实现处理。如果在涂覆材料释放后立刻喷射兼容液体的蒸气，则减小了涂覆材料的粘性，使得液体材料易于展开。从而，膜厚度变得均匀，使得改善了整个基底W的均一性。
结合上述实施例，假定通过在膜厚度和形状容易变化的涂覆开始和结束点局部执行蒸气喷射来控制膜厚度。然而，替代地，其它区域可以局部地经受蒸气喷射，或基底W的整个表面可以均匀地经受蒸气喷射。此外，可以使得蒸气喷射量可调整，以便能够根据待涂覆的区域在多个步骤中对其进行控制。
虽然在根据上述第一实施例的旋涂设备和旋涂方法中，材料螺旋地施加至圆形基底W，但是本发明不限于此实施例。因为在根据另一实施例的涂覆设备100和涂覆方法中，如图1和7中所示，例如，涂覆头可以随材料释放和蒸气喷射的执行相对于矩形基底W2直线移动。在此情况下，基于沿直线上的轨迹的相对移动实现了材料施加和蒸气喷射。
在图1中所示的涂覆设备中，喷嘴7和8在施加方向上平行布置，并且使得涂覆头4能够在X和Y轴线方向上移动。从而，涂覆头4能够沿本实施例的直线上的轨迹相对地移动，由此实现对基底W2的涂覆过程。
此实施例提供与第一实施例相同的效果。具体地，涂覆头4整体包括材料释放喷嘴7和蒸气喷射喷嘴8，使得喷嘴7和8整体可移动。相应地，能够顺序地执行对于基底W2的蒸气喷射和材料施加。此外，能够通过旋转来改变相对纵向位置，并且喷嘴7和8之间的距离d是可调整的，使得能够调整处理顺序和间隔。
虽然已经描述了某些实施例，但是已经仅通过范例介绍了这些实施例，并且这些实施例不是以在限制本发明的范围。实际上，于此描述的新颖实施例可以以各种其它形式具体化；此外，可以进行于此描述的实施例的形式的各种省略、替代和改变，而不脱离本发明的精神。所附权利要求和它们的等同意在涵盖将落入本发明的范围和精神内的该形式或修改。

Claims (4)

1.一种涂覆设备包括：
台，其支撑被涂覆对象；以及
涂覆头，其整体包括材料释放单元和气体喷射单元，所述材料释放单元能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象释放涂覆材料，所述气体喷射单元与所述材料释放单元一起能够相对于所述台移动并且配置为向所述台上的所述被涂覆对象喷射气体，
其中，所述涂覆头配置为能够绕垂直于所述台的表面的旋转轴线旋转，并且所述材料释放单元和所述气体喷射单元的纵向位置能够通过所述旋转改变。
2.一种使用如权利要求1所述的涂覆设备的涂覆方法，包括：
在相对于所述被涂覆对象移动所述涂覆头时，从联接至所述涂覆头的所述材料释放单元释放所述涂覆材料；以及
从联接至所述涂覆头的所述气体喷射单元供应所述气体。
3.如权利要求2所述的涂覆方法，其中，随着所述涂覆头相对地移动且所述气体喷射单元在施加方向上位于所述材料释放单元之前，顺序地执行至所述被涂覆对象的所述气体喷射和所述材料释放，并且所述气体是所述涂覆材料的溶剂的蒸气、或与所述涂覆材料兼容的液体的蒸气、或包含与所述涂覆材料具有亲和力的材料的液体的蒸气。
4.如权利要求2所述的涂覆方法，其中，随着所述涂覆头相对地移动且所述气体喷射单元在施加方向上位于所述材料释放单元之后，顺序地执行至所述被涂覆对象的所述材料释放和所述气体喷射，并且所述气体是所述涂覆材料的溶剂的蒸气或与所述涂覆材料兼容的液体的蒸气。
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