CN209631466U - 涂布装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及半导体设备领域，提供了一种涂布装置，能够提高涂布材料的利用效率，同时提高涂布的均匀性。具体地，该涂布装置包括壳体；加热板，相对于壳体保持固定，配置以对其上放置的晶圆进行加热；支臂，具有一个或多个沿支臂长度方向设置的喷嘴，该支臂能够沿平行于加热板的平面扫描运动，其扫描运动经过的区域在加热板平面的投影完全覆盖晶圆。本实用新型提供的涂布装置通过支臂上设置的喷嘴，在晶圆上方扫描喷涂，使得涂布更加均匀，同时减少了材料的用量。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体设备设计制造领域，更详细地说，本实用新型涉及一种涂布装置。
背景技术
在光刻步骤前，硅片会经历一次湿法清洗和去离子水冲洗，目的是去除污染物。在清洗完毕后，硅片表面需要经过疏水化处理，用来增强硅片表面同光刻胶(通常是疏水性的)粘附性。疏水化处理使用一种称为六甲基二硅氮烷，分子式为(CH3)3SiNHSi(CH3)3,(HMDS,Hexamethyldisilazane)物质的蒸汽。六甲基二硅氮烷的作用是将硅片表面的亲水性羟基基团通过化学反应置换为疏水性的硅氧烷基团，以达到预处理的目的。
由于该预处理步骤需要进行加热，通常难以在旋转涂布机上进行。现有的HMDS的涂布装置通常采用在晶圆正上方向晶圆表面喷涂的方式，使用该涂布方式时，HMDS气体会扩散到整个腔体中，导致HMDS气体的利用效率较低，涂布的均匀性也较差。
实用新型内容
鉴于上述问题，本实用新型提供了一种涂布装置，能够提高涂布材料的利用效率，同时提高涂布的均匀性。
该涂布装置包括壳体；加热板，相对于壳体保持固定，配置以对其上放置的晶圆进行加热；支臂，设置于加热板一侧，具有一个或多个沿支臂长度方向设置的喷嘴，该支臂能够沿平行于加热板的平面扫描运动。
本实用新型提供的涂布装置通过支臂上设置的喷嘴，在晶圆上方扫描喷涂，能够使涂布更加均匀，同时减少了材料的用量。
在本实用新型的一个较优技术方案中，喷嘴的数量为一个，该喷嘴在支臂的长度方向上具有300-320mm的长度。300-320mm长度的喷嘴能够连续且完全地覆盖晶圆，同时减少喷嘴向无晶圆位置的喷涂量，提高涂布材料的利用效率。
在本实用新型的一个较优技术方案中，涂布装置还包括与喷嘴连通的可伸缩软管。采用可伸缩软管输送涂布材料能够减少管道对支臂运动过程的妨碍以及支臂运动过程对管道中气流或液流的影响。
在本实用新型的一个较优技术方案中，支臂的扫描运动所在平面与加热板所在平面相距5-20mm。降低支臂与加热板之间的距离能够减少气体或液滴在腔体内的扩散，提高涂布材料的利用效率。
在本实用新型的一个较优技术方案中，支臂包括多个喷嘴，每个喷嘴具有独立控制其打开或关闭的开关。采用开关独立控制每个喷嘴，使涂布装置能够根据加热板上放置的晶圆的尺寸，调整使用喷嘴的数量，进一步提高涂布材料的利用效率。
进一步地，在本实用新型的一个较优技术方案中，涂布装置包括控制部，控制部能够根据晶圆的轮廓形状，在支臂进行扫描运动时，控制多个喷嘴的打开或关闭。该技术方案中，控制部可以根据晶圆轮廓，实时地调整喷嘴的开关(或开关程度)，从而使用更少的涂布材料制备出均一性更好的薄膜或分子层。
在本实用新型的一个较优技术方案中，加热板所处空间为减压室，该减压室连通有真空设备。由于喷涂方式所使用的涂布材料是极微量的，在常压下喷出的液流或气流的运动轨迹容易受到周围环境的影响，容易产生晶圆落点位置的偏差。通过真空设备降低晶圆所处空间的气压，能够减少喷涂过程中气流或液流所受环境的影响，提高喷涂的均匀性。
进一步地，在本实用新型的一个较优技术方案中，减压室内的压力在从大气压到涂布材料的饱和蒸汽压的范围。该气压范围能够使涂布材料更加稳定地喷出。
在本实用新型的一个较优技术方案中，支臂的扫描运动速度为1-20mm/s。采用该扫描运动速度，能够使喷涂过程更加稳定，形成的薄膜或分子层更加均匀。
在本实用新型的一个较优技术方案中，涂布装置采用的涂布材料为六甲基二硅氮烷。
在本实用新型的一个较优技术方案中，涂布装置为气相涂布装置。
附图说明
图1是现有技术中一种HMDS涂布装置的结构示意图；
图2是本实用新型的一个实施例中HMDS涂布装置的结构示意图(剖视图)；
图3是图2实施例中HMDS涂布装置的结构示意图(等轴图)；
图4是图2实施例中支臂扫描运动的覆盖范围与晶圆设置范围的比较图。
具体实施方式
如背景技术所述，现有技术中的用于光刻工艺中晶圆预处理的气相涂布装置1通常具有如图1所示的结构，该气相涂布装置1包括壳体100、与壳体100保持固定的加热板102，加热板102用于盛放晶圆104，同时对晶圆104进行加热。
气相涂布装置1用于对晶圆104进行喷涂的喷嘴106设置在晶圆104工位的正上方，喷口正对于晶圆104的中心位置。为了使从喷嘴106中喷出的HMDS气体能够完全覆盖晶圆104表面，需要使用大量的气体进行喷涂，令整个腔室内充满HMDS气体，而附着在晶圆104表面的HMDS不到实际喷涂量的50％，造成了HMDS的浪费，此外，该涂布方法的均匀性也较差。
为了节省涂布材料，提高涂布的均匀性，本实用新型提供了一种涂布装置，包括壳体；加热板，相对于壳体保持固定，配置以对其上放置的晶圆进行加热；支臂，设置于加热板一侧，具有一个或多个沿支臂长度方向设置的喷嘴，该支臂能够沿平行于加热板的平面扫描运动，其扫描运动经过的区域在加热板平面的投影完全覆盖晶圆。本实用新型提供的涂布装置通过支臂上设置的喷嘴，在晶圆上方进行扫描喷涂，使得涂布更加均匀，同时减少了材料的用量。
下面参照附图来描述本实用新型的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本实用新型的技术原理，并非旨在限制本实用新型的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其做出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本实用新型的优选实施例的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或组成部分必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
参考图2，本实施例提供了一种气相涂布装置2，包括壳体200，壳体200的内部空间用于执行气相涂布操作，壳体200的底部平台上固定有加热板202，加热板202上设置有待执行气相涂布操作的晶圆204的工位，放置在加热板202上的晶圆204能够被加热板202加热至200-250摄氏度。
为了在晶圆204上方扫描喷涂HMDS气体，本实施例中的气相涂布装置2采用一可移动的支臂206承载长条形喷嘴212。具体地，参考图3，支臂206的一端(右下端)用于承载长条形喷嘴212，该喷嘴212沿支臂206承载喷嘴212部分的长度方向延伸，安装到位时，该喷嘴212位于晶圆204的正上方，其长度大于晶圆204的直径。支臂206的另一端与直线电机214连接，能够沿直线电机214的导轨滑动，直线电机214驱动支臂206进行双向的、速度可控的水平扫描运动。直线电机214的导轨在其延伸方向上的长度同样大于晶圆204的直径，且其动子(图中未示出)在导轨上的可移动范围覆盖了晶圆204在该维度上的投影范围。
参考图4，直线电机214能够驱动支臂206，进而带动喷嘴212在A位置和B位置之间扫描运动，支臂206扫描运动经过的区域216在加热板202平面(或晶圆204平面)的投影完全覆盖晶圆204所处范围。在扫描运动的过程中，气相涂布装置2通过与喷嘴212连通的可伸缩软管208向喷嘴212通入HMDS气体，进而对晶圆204表面进行全面覆盖的扫描式喷涂，扫描式喷涂无需等待腔室内充满HMDS气体或等待晶圆表面的吸附或反应平衡，即可形成稳定且均一的薄膜或分子层，大大减小了HMDS的用量，提高了膜层质量，进一步提高了光刻胶的粘附性，减少光刻胶脱落的风险。
本实施例中，晶圆204直径为300mm，喷嘴212采用单一喷嘴212。为了使喷涂覆盖整个晶圆204表面，与晶圆204直径相对应地，该喷嘴212沿支臂216的延伸方向具有304mm的长度。该长度既保证了喷嘴212在扫描运动的过程中能够完全地覆盖晶圆204，同时又减少了喷嘴212向无晶圆位置的喷涂量，减少了HMDS的消耗。
为了减少对支臂206运动过程的妨碍以及支臂206运动过程对气流或液流的影响，本实施例中采用可伸缩软管208向喷嘴212输送HMDS气体。该可伸缩软管208与支臂206连通以输送HMDS的接口位置将与直线电机214的动子同步运动。
本实施例中，直线电机214的动子能够以1-20mm/s的速度往复运动，进而带动支臂206以该速度扫描运动。该速度范围能够使喷涂过程更加稳定，形成的薄膜或分子层更加均匀。
本实施例中，喷嘴212在垂直于晶圆204平面的方向上的高度d(相对于晶圆204)为10mm。该高度有利于减少气体或液滴在腔体内的扩散，提高涂布材料的利用效率。在本实用新型的其他实施例中，该高度优选在5-20mm的范围内调节。
在本实用新型的其他实施例中，还可以使用多个沿支臂206长度方向依次设置的喷嘴212进行喷涂。在一些实施例中，可以采用多个开关对每个喷嘴212进行独立控制，使得涂布装置2能够根据加热板202上放置的晶圆尺寸调整使用喷嘴的数量。例如，在对300mm晶圆进行预处理时，将所有喷嘴212全部打开；而在对200mm晶圆进行预处理时，仅控制开启中心位置的部分喷嘴212，相应地，直线电机214的扫描范围也根据实际情况合适地选取，以提高HMDS的使用效率。
优选地，该能够对每个喷嘴212进行独立控制的控制部还能够根据晶圆204的轮廓形状，在支臂206进行扫描运动时，控制多个喷嘴212的打开或关闭。具体地，控制部根据不同尺寸的晶圆204轮廓预先计算喷嘴212的使用方案：当支臂206运动至晶圆204的范围以外时，控制部能够将所有喷嘴212关闭；当支臂206运动至晶圆204的边缘，控制部首先打开中心的喷嘴212进行涂布；之后，随着支臂206与晶圆204重合部分的尺寸逐渐增大，逐渐打开两侧的喷嘴212进行涂布，直至运动至晶圆204的中心位置；接着，与前述过程相反地，逐渐关闭两侧的喷嘴212，直至完全离开晶圆204的范围；将所有喷嘴212完全关闭。该技术方案通过实时调整喷嘴212的开关，能够使用少量的HMDS制备出均一性优良的膜层。
在本实用新型的其他实施例中，壳体200为气密的，除进气口210外，还设置有出气口，出气口与真空设备连通，从而能够对壳体200内部空间进行减压处理。由于本实用新型实施例中的涂布装置在喷涂HMDS的过程中使用的HMDS是极微量的，若在常压下进行喷涂，经由喷嘴212喷出的气流，其运动轨迹容易受到壳体200内部气体环境的影响，产生晶圆落点位置的偏差。因此，在一些实施例中，通过真空设备降低晶圆所处空间的气压，以减少喷涂过程中HMDS气流受到壳体200内部气体环境的影响，能够在涂布装置2的基础上，进一步提高喷涂的均匀性。气流的稳定性进一步受到喷嘴212内外压差的影响，优选地，壳体200的内部空间由真空装置减压至大气压到HMDS的饱和蒸汽压的范围，能够使HMDS气体更加稳定地喷出。
需要说明的是，虽然本实施例中采用直线电机214对支臂206进行驱动，但技术人员也可以根据实际情况，换用其他类型的驱动装置驱动支臂的运动，例如步进电机、伺服电动机、有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机或无级变速电动机等，扫描运动也不限于本实施例中的直线扫描运动，也可以是绕轴扫描运动或其他合适的运动形式。
至此，已经结合附图描述了本实用新型的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本实用新型的保护范围显然不局限于这些具体实施例。在不偏离本实用新型的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涂布装置，其特征在于，包括
壳体；
加热板，相对于所述壳体保持固定，配置以对其上放置的晶圆进行加热；
支臂，设置于所述加热板一侧，具有一个或多个沿所述支臂长度方向设置的喷嘴，该支臂能够沿平行于所述加热板的平面扫描运动。
2.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述喷嘴的数量为一个，该喷嘴在所述支臂的长度方向上具有300-320mm的长度。
3.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述涂布装置还包括与所述喷嘴连通的可伸缩软管。
4.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述支臂的扫描运动所在平面与所述加热板所在平面相距5-20mm。
5.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述支臂包括多个喷嘴，每个所述喷嘴具有独立控制其打开或关闭的开关。
6.如权利要求5所述的涂布装置，其特征在于，所述涂布装置包括控制部，所述控制部能够根据所述晶圆的轮廓形状，在所述支臂进行扫描运动时，控制多个所述喷嘴的打开或关闭。
7.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述加热板所处空间为减压室，该减压室连通有真空设备。
8.如权利要求7所述的涂布装置，其特征在于，所述减压室内的压力在从大气压到涂布材料的饱和蒸汽压的范围。
9.如权利要求1所述的涂布装置，其特征在于，所述支臂的扫描运动速度为1-20mm/s。
10.如权利要求1-9任一项所述的涂布装置，其特征在于，所述涂布装置采用的涂布材料为六甲基二硅氮烷。
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