TWI836769B - 氣旋導流式旋塗機構 - Google Patents
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Abstract
一種氣旋導流式旋塗機構，其用於承載非圓形基板執行旋塗流體介質，氣旋導流式旋塗機構主要包括下旋轉構件與上旋轉構件，下旋轉構件頂部之基板承載面能承載非圓形基板定位，上旋轉構件能被驅動升降地設置於下旋轉構件的上方，上旋轉構件之上圓盤底面部之氣旋導流面面向該基板承載面並與非圓形基板之間具有氣旋空間，上旋轉構件與下旋轉構件能被驅動同向旋轉或同步旋轉，藉以在氣旋導流面與基板承載面之間產生旋風，利用旋風範圍內外的氣壓差，有效地將塗覆於非圓形基板頂面外周緣的流體介質向內推移，消除因離心作用在非圓形基板邊緣積聚較厚的流體介質之“邊緣聚積效應”。
Description
本發明係關於一種旋塗機構，尤指一種適用於非圓形基板表面均勻塗布光阻或其他流體介質的氣旋導流式旋塗機構。
以往圓形基板進行旋塗光阻或其他流體介質等作業時，其係利用旋塗機來執行。如圖9所示，已知之旋塗機係包括一下旋轉構件5，下旋轉構件包括一下圓盤以及連接於下圓盤底面中央之一下驅動軸，該下旋轉構件具有一抽氣通道，該抽氣通道通過該下驅動軸且延伸至下圓盤的頂面，下圓盤的頂面能承載待旋塗的一圓形基板並加以吸附固定，該下驅動軸能外接旋轉驅動機構，下旋轉構件及其承載的圓形基板能被驅動旋轉。於圓形基板執行光阻等旋塗作業中，藉由旋轉時之離心力與流體狀光阻之黏滯力達到相互平衡而達到均勻塗布之目的。
因半導體產業之技術發展，部分產品於製程中選用矩形等非圓形基板，惟當旋塗機應用於非圓形基板之光阻等流體介質之旋塗作業時，如圖10及圖11所示，於非圓形基板A的角隅部位A1易產生“邊緣聚積效應”。亦即矩形等非圓形基板A進行光阻B旋塗後，發現邊角明顯膜厚，其中，在非圓形基板A之邊緣內切圓範圍的光阻部分B1明顯較薄，在非圓形基板A之邊緣內切圓外圍之各角隅部位A1的光阻部分B2明顥較厚。此“邊緣聚積效應”為目前旋塗設備應用於矩形等非圓形基板旋塗的限制。
探究產生矩形基板旋塗時之”邊緣聚積效應”的原因有二，其一，為邊緣珠(Edge Beads)現象，其二，為柏努利效應(Bernoulli Effects)。
對於所述邊緣珠現象，基本上，邊緣珠現象與基板的幾何形狀較無主要關係。其係因邊緣珠是因塗在基板上的流體的特性，這些特性包括黏度和表面張力，決定了固-液-氣界面處的恆定接觸角。對於前述邊緣珠現象，目前去除邊緣珠之方法中，(a)包括斜切邊緣基板噴塗基板周邊；(b)在基板上噴灑去除液；(c)噴霧噴灑珠邊。然而，前述方法並未能有效地改善邊緣珠之問題，且須因後續加工步驟，造成製程步驟的繁瑣。
對於所述伯努利效應，其係因流體特性之流速高、壓力低，當邊緣珠在基板的邊緣形成翼型時，在基板的頂部因邊緣珠而形成更長的氣流路徑，從而導致氣流在基板上加速，並因氣流在基板上側的加速度產生相對真空，氣流的減速度在基板底部增加壓力產生升力，在基板之頂部相對壓力低的狀態下，也顯著提高光阻膠材蒸發率，不利於光阻等流體介質旋塗在基板之均勻性。
本發明之目的在於提供一種氣旋導流式旋塗機構，解決現有非圓形基板執行流體介質之旋塗作業時，非圓形基板角隅產生邊緣珠以及因伯努利效應等不利於基板旋塗均勻性之技術問題。
為了達成前述目的，本發明所提出之氣旋導流式旋塗機構係用以承載一非圓形基板執行旋塗流體介質，該氣旋導流式旋塗機構係包括：一下旋轉構件，其包括一下圓盤以及連接於該下圓盤底面中心之一下驅動軸，該下圓盤的頂面為一基板承載面，該基板承載面能承載所述非圓形基板，且該下旋轉構件能被驅動旋轉；以及一上旋轉構件，其能被驅動升降地設置於該下旋轉構件的上方，且能被驅動旋轉，該上旋轉構件包括一上圓盤以及連接於該上圓盤的頂面中心的一上驅動軸，該上圓盤與下圓盤上下同軸相對，該上圓盤的底面為一氣旋導流面，該
氣旋導流面面向該基板承載面，且該氣旋導流面至該下旋轉構件上所承載之所述非圓形基板之間具有一氣旋空間，且該上旋轉構件能與該下旋轉構件同向旋轉或同步旋轉，藉以在該氣旋導流面與該基板承載面之間產生旋風。
藉由前述氣旋導流式旋塗機構，其能應用於矩形等非圓形基板旋塗流體狀光阻等介質時，利用上旋轉構件與下旋轉件上下相對同向/同步高速旋轉，使上下同軸相對的上圓盤與下圓盤之間產生旋風效應，運用旋風效應之旋風外圍區域之氣壓大於旋風中心區域之原理，藉由旋風範圍內外的氣壓差，能有效地將塗覆於矩形基板頂面外周緣的流體狀光阻自矩形基板外周緣向內推移，藉以消除因離心作用在矩形基板邊緣積聚較厚的流體狀光阻等介質之“邊緣聚積效應”。
本發明旋旋導流式旋塗機構還能進一步結合設置於下旋轉構件與上旋轉構件外側之罩殼，搭配上旋轉構件之上圓盤位於罩殼頂部的開口處，關閉罩殼之開口，而形成一接近密閉的空間，藉以降低流體狀光阻中之溶劑揮發，而增進流體狀光阻旋塗於矩形基板表面之塗布均勻性。
1:下旋轉構件
10:下圓盤
101:基板承載面
11:下驅動軸
12:抽氣通道
2:上旋轉構件
20:上圓盤
200:氣旋空間
201:氣旋導流面
202:導流凸條
203:凹穴
204:外環旋轉部
21:上驅動軸
22:固定件
221:中心區塊
222:固定桿
3:罩殼
300:容置空間
30:殼體
31:殼蓋
311:開口
40:注膠機構
5:下旋轉構件
A:非圓形基板
A1:角隅部位
B:光阻
B1:在非圓形基板之邊緣內切圓範圍的光阻部分
B2:在非圓形基板之邊緣內切圓外圍之各角隅部位的光阻部分
圖1係本發明氣旋導流式旋塗機構之第一實施例的平面示意圖。
圖2係本發明氣旋導流式旋塗機構之第二實施例的平面示意圖。
圖3係圖2所示氣旋導流式旋塗機構第二實施例中之上圓盤平面示意圖。
圖4係本發明氣旋導流式旋塗機構之第三實施例的平面示意圖。
圖5係本發明氣旋導流式旋塗機構第一實施例應用於矩形基板旋塗作業之使用狀態參考圖(一)。
圖6係本發明氣旋導流式旋塗機構第一實施例應用於矩形基板旋塗作業之使用狀態參考圖(二)。
圖7係本發明氣旋導流式旋塗機構第一實施例應用於矩形基板旋塗作業之使用狀態參考圖(三)。
圖8係本發明氣旋導流式旋塗機構第一實施例應用於矩形基板旋塗作業之使用狀態參考圖(四)。
圖9係現有旋塗機構應用於圓形基板旋塗作業之示意圖。
圖10係目前矩形基板旋塗流體介質後，矩形基板各角隅形成邊緣珠之俯視平面圖。
圖11係目前矩形基板旋塗流體介質後，矩形基板各角隅形成邊緣珠之俯視平面圖。
如圖1、圖2及圖4所示，其揭示本發明氣旋導流式旋塗機構之數種實施例，由圖式中可以見及，該氣旋導流式旋塗機構係能承載一矩形基板執行表面旋塗介質作業，該氣旋導流式旋塗機構包括一下旋轉構件1以及一上旋轉構件2。
如圖1、圖2及圖4所示，該下旋轉構件1包括一下圓盤10以及一下驅動軸11，下圓盤10頂面為一基板承載面101，下驅動軸11連接於該下圓盤10的底面中心，該下旋轉構件1具有一抽氣通道12，該抽氣通道12通過該下驅動軸11且延伸至下圓盤10的基板承載面101，下圓盤10的基板承載面101能承載待旋塗的一基板，抽氣通道12能外接抽氣裝置，用以真空吸附基板固定於下圓盤10的基板承載面101。於本實施例中，該下圓盤10的基板承載面101的面積大於基板的俯視面積，且基板承載面101的半徑大於或等於基板之中心點至基板外緣之最大長度，該下驅動軸11能外接旋轉驅動機構，下旋轉構件1及其承載的基板能被驅動旋轉。
如圖1、圖2及圖4所示，該上旋轉構件2係與下旋轉構件1上下同軸相對設置，該上旋轉構件2包括一上圓盤20以及一上驅動軸21，該上圓盤20底面為一氣旋導流面201，上驅動軸21連接於該上圓盤20的頂面中心，該上圓盤20與下圓盤10同軸相對設置，氣旋導流面201面向該基板承載面101且間隔相對，上圓盤20之氣旋導流面201與下圓盤10之基板承載面101之間形成氣旋導流空間，且於下圓盤10上設置待旋塗基板後，基板頂面與氣旋導流面201之間具有一氣旋空間200，該上旋轉構件2之上驅動軸21能外接旋轉驅動機構，使被驅動的上旋轉構件2能與下旋轉構件1同向旋轉或同步旋轉。所述同向旋轉係指被驅動的上旋轉構件2與下旋轉構件1以相同旋轉方向旋轉運動，所述同步旋轉係指被驅動的上旋轉構件2與下旋轉構件1以相同旋轉方向且等速率地一起旋轉運動。
如圖1、圖2及圖4所示，基本上，該上圓盤20的氣旋導流面201的面積大於基板的俯視面積，且氣旋導流面201的半徑大於或等於基板之中心點至基板外緣之最大長度。以矩形的基板為例，基板之中心點至基板外緣之最大長度係為基板之中心點至基板角隅之距離，亦即氣旋導流面201的半徑大於或等於基板之中心點至基板之角隅之長度。該上圓盤20的氣旋導流面201的面積大於或等於該下圓盤10的基板承載面101的面積，或是，該上圓盤20的氣旋導流面201的半徑大於或等於該下圓盤10的基板承載面101的半徑。
如圖1所示之實施例，該上圓盤20的氣旋導流面201可為平面。或者，如圖2及圖3所示之實施例，該上圓盤20於氣旋導流面201具有一中心區以及環列於中心區外圍且相對於氣旋導流面201之中心呈等角度間隔排列的複數導流凸條202，使上圓盤20的氣旋導流面201形成葉片狀構造。所述導流凸條202可為直條狀或弧形條狀，當導流凸條202為弧形條狀，該複數導流凸條202順旋轉方向彎曲地間排列。或者，如圖4所示之實施例，該上旋轉構件2內部設
有一固定件22，該固定件22具有位於上圓盤20內之一中心區塊221，該中心區塊221頂部設有穿設於上驅動軸21內之一固定桿222，該上圓盤20具有位於該中心區塊221外周圍的一外環旋轉部204，設於上旋轉構件2內部之固定件22不被驅動旋轉，中心區塊221位於上圓盤20內固定不轉動，該上圓盤20的外環旋轉部204能被驅動旋轉。該上圓盤20還可進一步令該中心區塊221之底面與該外環旋轉部204底部之氣旋導流面201具有高度差而形成一凹穴203，使上圓盤20形成中空狀構造。
如圖1、圖2及圖4所示，該氣旋導流式旋塗機構還可進一步包括一中空的罩殼3，於本實施例中，該罩殼3包括一殼體30以及可拆組地裝設於該殼體30上的一殼蓋31，該殼體30內部形成一容置空間300，並於該殼蓋31中設有連通該容置空間300的一開口311，該下旋轉構件1係設於該罩殼3內，該罩殼3的頂部之開口311對應該下圓盤10之位置，該下旋轉構件1之上圓盤20能被驅動至該開口311中以及被驅動離開該開口311，該上圓盤20與該開口311相匹配，上圓盤20之外周緣與開口311之周緣之間具有一小間距之氣隙，上圓盤20旋轉時不與罩殼之開口311周緣產生摩擦。該罩殼3能外接抽氣裝置，用以對該罩殼3內部的容置空間300執行抽氣作用。
關於本發明氣旋導流式旋塗機構應用於旋塗機中，對矩形基板等之非圓形基板A執行光阻B等流體介質旋塗作業之使用情形，如圖5至圖8所示，以非圓形基板A表面旋塗光阻B為例，其係在上旋轉構件2遠離下旋轉構件1的狀態下，利用機械手臂將非圓形基板A移置下旋轉構件1的下圓盤10上，非圓形基板A的幾何中心對準下旋轉構件1之中心，並藉由抽氣裝置對下旋轉構件1之抽氣通道12施以抽氣作用，使非圓形基板A被吸附固定於該下旋轉構件1之下圓盤10上。
其次，驅動下旋轉構件1及其承載的非圓形基板A低速旋轉，同時利用注膠機構40移至非圓形基板A，並將流體狀光阻注射在非圓形基板A頂面的中心區域，藉由低速旋轉之離心作用，流體狀光阻自非圓形基板A頂面之中心區域朝外擴散延伸，待流體狀光阻B擴大塗覆於非圓形基板A整個頂面。所述低速旋轉之轉速與其旋轉時間係依非圓形基板A的面積尺寸、流體狀光阻B之材料黏滯力及其溶劑的揮發速度等參數而設定，使旋轉之離心力與流體狀光阻之黏滯力達到相互平衡。
其次，利用移動機構將上旋轉構件2移置下旋轉構件1正上方，並使上圓盤20接近與下旋轉構件1之下圓盤10且上下同軸相對之狀態，上圓盤20之氣旋導流面201與非圓形基板A之頂面之間達到預設的氣旋空間200，之後，驅動上旋轉構件2及承載矩形基板之下旋轉構件1上下相對地同向/同步旋轉執行光阻均勻化步驟。
於光阻均勻化步驟中，如圖8所示，其利用上圓盤20與下圓盤10上下相對同向/同步高速旋轉，使上下同軸相對的上圓盤20與下圓盤10之間產生旋風效應。其中，將伯努利效應(Bernoulli Effects)套用至實驗模型中，自非圓形基板A中心沿著半徑方向來看，定義位於非圓形基板A與其周緣之內切圓範圍之表面壓力為P1，非圓形基板A之內切圓至非圓形基板A相對於中心點最遠位置之邊緣之間之範圍之表面壓力為P2，非圓形基板A相對於中心點最遠位置之邊緣以外之外圍範圍之表面壓力為P3，其表面壓力分布狀態為P1<P2<P3。因此，運用旋風效應之旋風外圍區域之氣壓大於旋風中心區域之原理，藉由旋風範圍內外的氣壓差，能有效地將塗覆於非圓形基板A頂面外周緣的流體狀光阻自非圓形基板A外周緣向內推移，藉以消除因離心作用在非圓形基板A邊緣積聚較厚的流體狀光阻之“邊緣聚積效應”。
此外，配合設置於下旋轉構件1與上旋轉構件2外側之罩殼3，搭配上旋轉構件2之上圓盤20位於罩殼3頂部的開口311處，關閉罩殼3之開口311，而形成一接近密閉的空間，藉以降低流體狀光阻中之溶劑揮發，而增進流體狀光阻旋塗於非圓形基板A表面之塗布均勻性。待光阻均勻化步驟之後，藉由罩殼3外接的抽氣裝置對罩殼3內部的抽氣作用，去除罩殼3內流體狀光阻揮發的溶劑，接著驅動上旋轉構件2上升，再取出完成旋塗作業的非圓形基板A。
1:下旋轉構件
10:下圓盤
101:基板承載面
11:下驅動軸
12:抽氣通道
2:上旋轉構件
20:上圓盤
201:氣旋導流面
21:上驅動軸
3:罩殼
30:殼體
300:容置空間
31:殼蓋
311:開口
A:非圓形基板
Claims (6)
- 一種氣旋導流式旋塗機構，係用以承載一非圓形基板執行旋塗流體介質，該氣旋導流式旋塗機構係包括：一下旋轉構件，其包括一下圓盤以及連接於該下圓盤底面中心之一下驅動軸，該下圓盤的頂面為一基板承載面，該下圓盤的基板承載面的半徑大於或等於所述非圓形基板之中心點至最遠邊緣之長度，該基板承載面能承載所述非圓形基板，且該下旋轉構件能被驅動旋轉；以及一上旋轉構件，其能被驅動升降地設置於該下旋轉構件的上方，且能被驅動旋轉，該上旋轉構件包括一上圓盤以及連接於該上圓盤的頂面中心的一上驅動軸，該上圓盤與下圓盤上下同軸相對，該上圓盤的底面為一氣旋導流面，該上圓盤之氣旋導流面的半徑大於或等於所述非圓形基板之中心點至最遠邊緣之長度，該氣旋導流面面向該基板承載面，且該氣旋導流面至該下旋轉構件上所承載之所述非圓形基板之間具有一氣旋空間，該上旋轉構件內部設有一固定件，該固定件具有位於該上圓盤內之一中心區塊，該中心區塊頂部設有穿設於該上驅動軸內之一固定桿，該上圓盤具有位於該中心區塊外周圍能旋轉的一外環旋轉部，設於該上旋轉構件內部之該固定件不被驅動旋轉，該中心區塊位於該上圓盤內固定不轉動，且該上圓盤之該中心區塊之底面與該外環旋轉部的內周緣之間形成一凹穴，該上旋轉構件能與該下旋轉構件同向旋轉或同步旋轉，藉以在該氣旋導流面與該基板承載面之間產生旋風。
- 如請求項1所述之氣旋導流式旋塗機構，其中，該下旋轉構件具有一抽氣通道，該抽氣通道通過該下驅動軸且延伸至該下圓盤的基板承載面，該抽氣通道能外接一抽氣裝置。
- 如請求項1所述之氣旋導流式旋塗機構，其中，該上圓盤的氣旋導流面為平面。
- 如請求項1所述之氣旋導流式旋塗機構，其中，該上圓盤於氣旋導流面具有一中心區以及環列於中心區外圍且相對於氣旋導流面之中心呈等角度間隔排列的複數導流凸條，使該上圓盤的氣旋導流面形成葉片狀構造。
- 如請求項4所述之氣旋導流式旋塗機構，其中，所述導流凸條為直條狀或弧形條狀。
- 如請求項1至5中任一項所述之氣旋導流式旋塗機構，該氣旋導流式旋塗機構還包括一罩殼，該下旋轉構件設於該罩殼內，該罩殼能外接抽氣系統且該罩殼的頂部對應該下圓盤之位置設有一開口，該下旋轉構件之上圓盤能被驅動至該開口中以及被驅動離開該開口。
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