一种光刻工艺匀胶机匀胶腔结构的制作方法

1.本实用新型属于半导体工艺中的匀胶工艺技术设备领域，具体涉及一种光刻工艺匀胶机匀胶腔结构。


背景技术：

2.光刻工艺是半导体器件制造工艺中的一个重要步骤，该步骤利用曝光和显影在光刻胶层上刻画几何图形结构，然后通过刻蚀工艺将光掩模上的图形转移到比如硅衬底上。
3.光刻工艺进行前首先需要在衬底上均匀涂上光刻胶，这层光阻剂在曝光(一般是紫外线)后可以被特定溶液(显影液)溶解。使特定的光波穿过光掩膜照射在光刻胶上，可以对光刻胶进行选择性照射(曝光)。然后使用前面提到的显影液，溶解掉被照射的区域，这样，光掩模上的图形就呈现在光刻胶上。通常还将通过烘干措施，改善剩余部分光刻胶的一些性质。上述步骤完成后，就可以对衬底进行选择性的刻蚀或离子注入过程，未被溶解的光刻胶将保护衬底在这些过程中不被改变。刻蚀或离子注入完成后，将进行光刻的最后一步，即将光刻胶去除，以方便进行半导体器件制造的其他步骤。通常，半导体器件制造整个过程中，会进行很多次光刻流程。
4.因此，匀胶工艺是光刻工艺的重要环节，目前国内外一般采用旋转涂敷法，匀胶时通过真空吸附把芯片固定在高速旋转的匀胶吸盘上，控制滴胶胶量，高速甩胶，光刻胶就被均匀的涂敷在了衬底的表面，涂胶最主要的指标是胶膜均匀性和厚度。实际工艺过程中，我们发现在匀胶的过程中，由于高速旋转，光刻胶在匀胶腔内从芯片表面甩出，光刻胶像制作棉花糖一样发生拉丝现象，即便有良好抽风也避免不了有残胶粘在不该涂胶的芯片背面，给工艺处理带来非常大的不良影响，就需要清除处理，浪费材料且耗人力。
5.目前，有的匀胶机厂家采取增加背洗手段解决此问题，匀胶后期在芯片背面向上喷射清洗液去除，即便是非常少的背面溅胶都需要去除溶解，相当耗费材料和时间，大大降低了工作效率，产能上不去。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的提供一种光刻工艺匀胶机匀胶腔结构，解决现有技术背胶玷污采用喷射清洗液去除残胶，耗费材料和时间，大大降低了工作效率，产能低下的问题。
7.本实用新型的技术解决方案是：
8.一种光刻工艺匀胶机匀胶腔结构，包括匀胶腔外腔体结构、匀胶头机构、支架机构；匀胶腔外腔体结构主要包括匀胶腔盒、匀胶腔上罩、排风、废液回收管、废液导流罩、背胶保护罩、氮气pu管，所述匀胶腔盒四周上方设有匀胶腔上罩，所述匀胶腔盒和匀胶腔上罩组成上收口式空腔，所述匀胶腔盒底部设有可插拔的排风、废液回收管；所述匀胶腔盒底部中心有开孔，开孔四周为台阶状，所述匀胶腔盒底部中心台阶上设有废液导流罩，所述废液导流罩为中心开孔的锥形结构；所述废液导流罩的上面设有同心插拔式背胶保护罩，所述背胶保护罩为一碗状结构，与废液导流罩内孔紧配合，背胶保护罩设有中心孔，所述背胶保
护罩中心孔周围设有四个通孔，所述四个通孔分别连接四根氮气pu管，所述四根氮气pu管向下依次穿过废液导流罩、匀胶腔盒通向n2气源管路；
9.所述匀胶头机构包括伸缩轴套、主轴、真空吸盘、匀胶旋转机构支撑板，所述匀胶旋转机构支撑板上设有伸缩轴套，所述伸缩轴套伸入至背胶保护罩的中心孔内与背胶保护罩滑动配合，所述伸缩轴套内设有主轴，主轴通过下端连轴器与驱动电机连接，进行高速旋转，所述主轴为空心轴，所述主轴顶部设有销钉；所述主轴伸入至背胶保护罩空腔通过销钉连接真空吸盘，所述真空吸盘上方通过主轴的中心孔提供真空吸附芯片；
10.支架机构包括气动滑台、机架梁、机架梁b，所述匀胶旋转机构支撑板连接气动滑台，所述气动滑台连接机架梁；固定匀胶腔盒，先调整好匀胶腔盒中心孔与伸缩轴套同心，调整好同心度后，所述匀胶腔盒通过四个限位卡从四个方向限位，拧紧顶丝连接机架梁b。
11.废液导流罩外径与匀胶腔盒内径一致，卡在匀胶腔盒内壁，废液导流罩与匀胶腔盒中心台阶之间设有“o”型密封圈b，废液导流罩底部周围均布方槽起到均流排风的作用，废液可以通过方槽排放至废液回收管。
12.所述背胶保护罩中心孔为上大下小的结构，既保证伸缩轴套上下运动顺畅，又保证相对密封性。
13.背胶保护罩外径小于芯片0.3
±
0.05mm,所述芯片在匀胶位时与背胶保护罩上沿之间设有0.3mm
±
0.05mm的间隙。
14.所述主轴与真空吸盘之间设有“o”型密封圈，所述背胶保护罩上沿与真空吸盘保持水平，水平度《0.02mm。
15.所述真空吸盘上表面为多圈环状槽，再将多圈环状槽通过中心孔的十字槽连通，与主轴中心孔接通。
16.所述主轴上方设有上轴承,下方设有下轴承，所述上轴承上方在伸缩轴套内设有卡簧b，所述下轴承下方在伸缩轴套内设有卡簧a，升缩轴套与背胶防护罩同心度《0.02mm。
17.本实用新型优点：
18.本实用新型背胶保护罩一方面起到机械防护的作用，另一方面通过注入氮气，在背胶保护罩与芯片之间形成微正压环境，氮气气流从背胶保护罩下面进入，从背胶保护罩与芯片之间的缝隙排出，对胶丝起到吹扫作用，做到了双重防护功能。通过芯片背面的背胶保护罩机械保护和氮气保护双重保护功能，实现了芯片在匀光刻胶的过程中背胶保护，彻底解决了背胶玷污问题，摆脱了工艺返工，提高了工艺质量。本实用新型既可以实现涂甩光刻胶的基本功能，同时又能实现背胶防溅保护功能，达到工艺目的。
19.通过以上设计，解决了由于真空吸盘在上工作位由于机械对中心、机械手取片等操作不能将真空吸盘制作成与芯片同等大小，匀胶时芯片背面部分裸漏在匀胶腔盒中，无法全面保护芯片背面溅胶污染的异常情况。
附图说明
20.图1是本实用新型匀胶腔外腔体结构示意图。
21.图2是本实用新型匀胶腔外腔体安装定位俯视图
22.图3是图2中a向放大图。
23.图4是本实用新型废液导流罩结构图。
24.图5是图4俯视图。
25.图6是本实用新型背胶保护罩结构图。
26.图7是图6俯视图。
27.图8是本实用新型真空吸盘结构俯视图。
28.图9是图8主视图。
29.图10是图9侧视图。
30.图11是本实用新型匀胶头机构结构示意图。
31.图12是本实用新型整体结构示意图。
32.图13是图12中a-a放大图。
33.图14是本实用新型真空吸盘接片位示意图。
具体实施方式
34.如图1-14所示：
35.1.基本结构
36.本实用新型采用匀胶腔外腔体结构和匀胶头机构的配合设计，匀胶腔外腔体结构承担了排风、排液、背面保护主要功能，匀胶头机构主要承担了芯片的抬升接片、真空吸附、旋转匀胶主要功能。
37.本实用新型一种光刻工艺匀胶机匀胶腔结构，包括匀胶腔外腔体结构、匀胶头机构、支架机构；匀胶腔外腔体结构主要包括匀胶腔盒1、匀胶腔上罩2、排风、废液回收管3、废液导流罩4、背胶保护罩5、氮气pu管14，所述匀胶腔盒1四周上方设有匀胶腔上罩2，所述匀胶腔盒1和匀胶腔上罩2组成上收口式空腔，匀胶腔外腔体以匀胶腔盒(1)为依托，所述匀胶腔盒1底部设有可插拔的排风、废液回收管3；所述匀胶腔盒1底部中心有开孔，开孔四周为台阶状，所述匀胶腔盒1底部中心台阶上设有废液导流罩4，所述废液导流罩4为中心开孔的锥形结构；所述废液导流罩4的上面设有同心插拔式背胶保护罩5，所述背胶保护罩5为一碗状结构，与废液导流罩4内孔紧配合，背胶保护罩5设有中心孔，所述背胶保护罩5中心孔周围设有四个通孔，所述四个通孔分别连接四根氮气pu管14，所述四根氮气pu管14向下依次穿过废液导流罩4、匀胶腔盒1通向n2气源管路；
38.所述匀胶头机构包括伸缩轴套8、主轴7、真空吸盘6、匀胶旋转机构支撑板18，所述匀胶旋转机构支撑板18上设有伸缩轴套8，所述伸缩轴套8伸入至背胶保护罩5的中心孔内与背胶保护罩5滑动配合，所述伸缩轴套8内设有主轴7，主轴通过下端连轴器与驱动电机连接，进行高速旋转，所述主轴7为空心轴，所述主轴7顶部设有销钉11；所述主轴7伸入至背胶保护罩5空腔通过销钉11连接真空吸盘6，所述真空吸盘6上方通过主轴的中心孔提供真空吸附芯片13；匀胶头机构伸入背胶保护罩(5)的中心孔内，可以上下运动实现接片位和匀胶位两个位置的控制，同时在匀胶的过程中实现主轴旋转运动。
39.支架机构包括气动滑台20、机架梁21、机架梁b23，所述匀胶旋转机构支撑板18连接气动滑台20，所述气动滑台20连接机架梁21；固定匀胶腔盒，先调整好匀胶腔盒1中心孔与伸缩轴套8同心，调整好同心度后，所述匀胶腔盒1通过四个限位卡22从四个方向限位，拧紧顶丝连接机架梁b23。
40.背胶保护罩5外径小于芯片13/0.3
±
0.05mm,所述芯片13在匀胶位时与背胶保护
罩5上沿之间设有0.3mm
±
0.05mm的间隙。
41.所述主轴7与真空吸盘6之间设有“o”型密封圈12，所述背胶保护罩5上沿与真空吸盘6保持水平，水平度《0.02mm。
42.所述主轴7上方设有上轴承16,下方设有下轴承9，所述上轴承16上方在伸缩轴套8内设有卡簧b15，所述下轴承9下方在伸缩轴套8内设有卡簧a10，升缩轴套与背胶防护罩同心度《0.02mm。
43.背胶保护功能的光刻匀胶工艺匀胶机匀胶腔技术要求：
44.1匀胶过程中设置背胶保护功能，达到完美的芯片13背面防溅胶性能；
45.2具有抽风功能，风量由抽风主管道引入后在匀胶腔内芯片13周围均匀分布，降低胶丝飞溅；
46.3排废液回收能力；
47.4匀胶腔结构便于拆装清洗；
48.5匀胶腔定位准确，与主轴同心度《0.02mm；
49.6真空吸盘6水平，与背胶保护罩5上沿保持平行，平行度《0.02mm:
50.7)满足伸缩轴上下运动，配合形成接片位和匀胶位两个工作状态。
51.以上结构设计和连接，既可以实现涂甩光刻胶的基本功能，同时又能实现背胶防溅保护功能，达到工艺目的。
52.2.设计要点
53.2.1匀胶腔盒1结构设计
54.如附图1所示，匀胶腔盒1采用聚四氟乙烯材料加工而成，聚四氟乙烯耐有机溶剂、耐酸碱，便于残胶清洁处理。腔室由底部的匀胶腔盒1和上部的匀胶腔上罩2组成，分体式结构，方便拆装。匀胶腔盒1为一圆槽形，中心位置开孔用于运动轴等部件通过，下部偏外侧有一台阶孔，用于连接下排风、废液回收管3，排风和废液共同使用一个通道，在排风废液回收管3底部连接废液回收桶，管道侧位利用三通连接主风道，废液通过重力流入废液回收桶，管道侧位利用三通连接主风道，废液通过重力流入废液回收桶。匀胶腔上罩2设计成收口式，当真空吸盘6接片后落下时，芯片13低于匀胶腔上罩2顶部，之间形成狭窄风道，有利于增加风速，提高废液收集效果。
55.如图4-5所示设计的废液导流罩4，为中心开孔的锥形结构，废液导流罩4放置在匀胶腔盒1中心的台阶上，之间采用“o”型密封圈b17密封，外径与匀胶腔盒1内径一致，卡在匀胶腔盒1内壁，锥形结构便于残液流入排风废液回收管3而不会倒流至中心轴孔，影响伸缩轴套8等的运动。废液导流罩4完全盖住排风、废液回收管3孔位，通过下边沿均匀开的8个方槽均流抽风，使得芯片四周呈现均匀的下排风效果，如图12所示，废液也可以通过方槽流入排风废液回收管3。
56.匀胶腔盒1结构的安放如图2-3所示，在主机架上有两根平行等高的机架梁21，将匀胶腔外腔体结构穿过伸缩轴套8平稳地放在两根机架梁21上，先调整好匀胶腔盒1中心孔与伸缩轴套8同心，调整好同心度后，通过四个限位卡22从四个方向限位，拧紧顶丝固定匀胶腔盒即可。
57.2.2背胶保护罩5双重防溅防护设计
58.如附图6-7所示设计的背胶保护罩5，其结构为一碗状结构，安装位置如图12中所
示，与废液导流罩4内孔紧配合，拔插式安装。背胶保护罩5中心打孔，便于伸缩轴套8上下运动，在中心孔四周设计四个通孔，用于安装氮气pu管14，管子采用拔插紧配合连接，方便拆装，背胶保护罩5外径小于芯片13/0.3mm,背胶保护罩5高度设计低于芯片13/0.3mm，背胶保护罩5一方面起到机械防护的作用，另一方面通过注入氮气，在背胶保护罩5与芯片13之间形成微正压环境，氮气气流从背胶保护罩5下面进入，从背胶保护罩5与芯片13之间的缝隙排出，对胶丝起到吹扫作用，做到了双重防护功能。背胶保护罩5中心内孔设计成上大下小的结构，内孔下端与伸缩轴套8之间设计为滑动配合，既保证伸缩轴套8上下运动顺畅，又保证相对密封性。
59.正压保护氮气气源在主抽开始旋转时通气，主轴停止时断气，控制逻辑通过plc编程实现，气量大小可以通过气路流量计调整。
60.2.3匀胶头机构设计
61.匀胶前需要将芯片13同心地吸附在真空吸盘6上，如图12-14所示，取片时将整个旋转轴组件升起，真空吸盘6高出匀胶腔上罩2一段距离，以便于机械手托住芯片13送至取片位，芯片13被真空吸盘6取走。匀胶头机构如图11所示，它包括伸缩轴套8、主轴7等，伸缩轴套8内上下两端安装上、下轴承16、9支撑主轴7，上、下轴承16、9分别被卡簧a、b/10、15固定在伸缩轴套8内，主轴7通过下端连轴器与驱动电机连接，进行高速旋转，一般速度范围30～5000rpm，加速度最高可达20000rpm/s，主轴7顶部镶嵌销钉11，真空吸盘6在主轴7顶端插入，之间有“o”型密封圈12密封，通过销钉11带动旋转，主轴7为空心轴，通过中心孔提供真空，芯片13就被吸附在真空吸盘6上了。
62.真空吸盘6如图8-10所示，上表面开多圈环状槽，再将多圈环状槽通过中心孔的十字槽连通，与主轴中心孔接通，真空就被引至真空吸盘，吸盘上表面经过精磨抛光，既能牢固吸附芯片也不会划伤芯片表面，真空吸盘6下面设计成开槽，以便与主轴7上的销钉11配合传递转矩。
63.芯片13匀胶位如图12所示，整个匀胶头机构和真空吸盘6会落入匀胶腔结构底部，由气动滑台20控制升降，每次升降的位置受限于气动滑台20运动的极限位，因此保证了取片和匀胶两个工作位置精度的重复性。
64.3.调试试验结果
65.3.1同心度和平行度调整
66.该设计结构的可靠运行与两个方面的精度至关重要，一是伸缩轴套8与背胶防护罩5同心度《0.02mm，二是真空吸盘6与背胶保护罩5平行度《0.02mm。由于整个匀胶腔外腔体结构与匀胶头机构两个系统各自分别固定在机架梁b23与机架梁21上，加工安装后要对上述指标进行校准，以保证整个系统可靠运行。
67.分别利用塞尺和千分尺对上述两个指标进行校准，达不到要求时对匀胶腔水平、垂直两个方向进行调整，直至达到上述要求，然后固定限位卡22，通过顶丝锁死。
68.3.2运动调试
69.匀胶机在运行过程中机械手要与各部件配合工作，匀胶腔结构位置上分别有接片位和匀胶位两个工作状态，通过上述的调整后基本就能满足匀胶头机构上下运动和真空吸盘6平稳旋转。另外，芯片13在匀胶位与背胶保护罩5上沿之间设计有0.3mm
±
0.05的间隙，在调试时要关注此距离，不能发生蹭片现象。芯片13高速甩胶对芯片13同心度要求很高，通
过调整设备自带的对心夹具位置可以解决。
70.3.3腔内排风气流、氮气控制调试
71.通过调整主管道排风风量，用风速仪在匀胶腔盒1上部的匀胶腔上罩2与芯片13之间的夹缝中分几方向测量风速，达到0.5m/s
±
0.2即表示排风均匀、风速适宜。
72.手动打开背面吹氮气气阀，调节氮气浮子流量计，从调试和使用经验看，给出15l/s左右的氮气流量即可保证有足够氮气对芯片下边缘起到吹扫保护功能。
73.4、结论
74.根据实际装配调试和工艺使用，针对光刻匀胶工艺给出的芯片13带背胶保护的匀胶腔设计结构，方法合理，操作方便，工作稳定，能够彻底解决长期困扰芯片13匀胶时背面污染的情况，节约了原材料，已经应用于实际的光刻匀胶工艺生产过程中，取得了很好的效果。