[發明專利]液體材料薄膜的噴涂裝置及其噴涂方法

有效

• 申請號: 201010126040.2
• 申請日: 2010-03-15
• 公開（公告）號: CN101813889A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 段廣洪;向東;瞿德剛;牟鵬;何磊明
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G03F7/16
• 分類號: G03F7/16
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 胡小永

技術領域

本發明屬于半導體器件生產技術領域，具體涉及一種液體材料薄 膜的噴涂裝置及其噴涂方法。

背景技術

光刻是半導體器件生產工藝中非常關鍵的工藝，其光刻膠掩膜質 量的好壞極大地影響光刻的質量，傳統的光刻膠掩模的制備方式是采 用旋轉的方法，即將需要涂抹的光刻膠材料滴在晶圓的中央，旋轉晶 圓，待光刻膠里面的溶劑揮發后，最后在晶圓表面形成一層薄膜，即 掩模。這種工藝方法存在浪費嚴重的現象，大部分光刻膠被甩出去， 在晶圓表面上只留下極少數量的一層薄薄的光刻膠，同時，該方法不 能直接在有臺階的表面上形成光刻膠薄膜，隨著晶圓尺寸的加大，傳 統的旋涂方法在大尺寸晶圓表面形成均勻平坦的光刻膠薄膜的難度 進一步加大。

針對傳統甩膠工藝方法的缺點，國外在某些IC芯片的制造過程 中，采用了噴涂的薄膜制備方法。噴涂的原理有很多種，如旋杯噴涂、 靜電噴涂、等離子噴涂、空氣噴涂、熱噴涂、超聲噴涂等，針對IC 芯片制作特殊的工藝環境要求，如不能有沖擊、不能帶靜電等，目前 國外采用了超聲噴涂來進行光刻膠薄膜的制備。利用超聲霧化技術， 將光刻膠霧化成細小的顆粒，相比較其它霧化方法，超聲霧化的顆粒 尺寸較小，均勻性好，因此很適合光刻膠薄膜的制備。目前國外主要 有兩家從事超聲霧化噴涂的設備開發，為美國的USI公司和美國的 SonoTek公司，其產品均有應用于光刻膠薄膜的制備上面。

超聲霧化噴涂制作液體材料薄膜的方法是通過利用超聲霧化噴 嘴來進行液體的霧化和噴涂，在器件表面形成液體材料薄膜。目前， 一般噴涂過程中所使用的超聲霧化噴嘴集成超聲波振蕩器、超聲波換 能器、超聲變幅桿和超聲霧化頭于一體，其原理為：超聲振蕩器產生 超聲波，通過超聲換能器轉換成機械振動，通過超聲變幅桿的放大作 用，在超聲霧化頭的尖端形成比較大的振幅的機械振動，將液體材料 輸送到超聲霧化頭尖端，在超聲霧化頭尖端的振動作用下，液體在超 聲霧化頭的霧化表面霧化成粒徑微小的液滴，通過氣流的控制作用， 霧化顆粒飛向器件表面，控制超聲波噴嘴的運動，使其均勻地掃過器 件，從而在器件表面形成液體材料薄膜。

其中，所提及的超聲波霧化技術已成為目前常見的一種技術手 段，具體超聲霧化的形成機理是這樣的：液體液膜覆蓋在光滑表面上， 并使之振動，振動的方向與表面垂直，液體吸收部分振動能，并將其 轉化為駐波。這種波，也被稱為表面張力波，在液體表面形成矩形的 波，并且在兩個直角方向上有規律地交替出現波峰和波谷。當光滑表 面振動幅度增大時，波幅也相應增大，即：波峰變高，波谷變深。最 終會達到臨界幅度，此時，表面張力波過高，無法維持穩定。結果是 波形崩解，液滴從與霧化表面垂直的消退波頂部噴射出去，其霧化顆 粒的質量中值直徑可用公式表示為：

d=0.34(8πγρf2)13,]]>

其中，d---霧化液滴質量中值直徑；?γ---霧化液體表面張力；

??????ρ---液體密度；????????????f---超聲頻率。

由此可見，超聲霧化的頻率越高，得到的霧化顆粒的平均直徑越 小；液體表面張力越大，得到的霧化顆粒的平均直徑越大。為得到更 小的霧化顆粒，對一定的液體，需要提高超聲波的頻率來實現。

另一方面，采用超聲霧化噴嘴來進行液體材料的霧化和噴涂時， 其流量可表示為：

F=KA/f23,]]>