专利名称：用于半导体微细加工的喷胶装置及衬底的喷涂方法
用于半导体微细加工的喷胶装置及衬底的喷涂方法
技术领域：
本发明涉及半导体、微机电(MEMS)、平板显示以及LED照明领域中微细加工的喷胶处理技术，尤其涉及在表面起伏、有深孔或有沟槽结构的衬底的加工面上均勻涂覆涂层材料的一种喷胶装置及衬底的喷涂方法。
背景技术：
请参图1所示，现有半导体以及微机电等领域的微细加工工艺中，在表面起伏、有深孔或有沟槽结构12的衬底11的加工面涂覆光刻胶或有机聚合物等涂层材料14时，采用衬底11加工面向上的方式，从上向下喷涂，不能在拐角15以及侧壁13处形成和其它位置厚度相同或一致的涂覆层，工艺差。所以有必要设计出一种用于半导体微细加工的喷胶装置及衬底的喷涂方法以解决上述技术问题。
发明内容本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于微细加工的喷胶装置及衬底的喷涂方法，以能够在起伏结构的衬底的加工面上均勻地涂覆涂层，满足微细加工的工艺要求。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用于半导体微细加工的喷胶装置，包括水平运动机构、相对于水平运动机构可在竖直方向上移动的直线电机、用于放置衬底的承片台及支撑承片台的支撑臂，所述水平运动机构设有在水平面内运动并用以向衬底的加工面进行喷胶的喷嘴，所述直线电机用以调节承片台的高度，所述喷胶装置还设有安装于直线电机上且连接于支撑臂的第一旋转电机，所述第一旋转电机可驱动承片台绕支撑臂的轴线方向旋转，进而使承片台向下面对所述喷嘴。作为本发明的进一步改进，所述喷胶装置设有安装在承片台的背面的第二旋转电机，所述第二旋转电机悬挂地安装在支撑臂上；所述第二旋转电机可驱动承片台，在承片台所在的平面内，旋转任意角度。作为本发明的进一步改进，所述承片台绕支撑臂的轴线方向旋转的旋转范围为 0° 至 180°。作为本发明的进一步改进，所述喷胶装置设有设备平台，所述水平运动机构及直线电机均安装于设备平台上，所述喷嘴的喷射方向可以在垂直于设备平台的平面内进行 360°调节。作为本发明的进一步改进，所述喷胶装置设有放置在承片台内且用以控制衬底温度的加热装置，所述温度的控制范围在50°C至150°C之间，并且加热装置可按照所设定的温度曲线进行温度调节。作为本发明的进一步改进，所述喷胶装置设有放置在承片台表面的真空吸附结构，所述真空吸附结构可将衬底吸附在承片台上，不至于掉落。 作为本发明的进一步改进，所述第一旋转电机带动承片台旋转，使承片台水平向下或倾斜向下。作为本发明的进一步改进，所述喷嘴在水平面内作蛇形扫描运动，喷嘴同时喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物并将其均勻地附着在衬底的加工面上。作为本发明的进一步改进，所述直线电机在喷嘴进行蛇形扫描和喷射的过程中调整所述承片台的高度，使承片台位于喷嘴正上方的一点与所述喷嘴之间的高度保持不变。作为本发明的进一步改进，衬底的加工面被扫描和喷射后，衬底随着放置衬底的承片台在第二旋转电机的带动下，旋转一定的角度后再进行一次完整的蛇形扫和喷射的过程，再重复该过程直至衬底旋转360°。为解决上述技术问题，本发明还可以采用如下技术方案一种衬底的喷涂方法，包括如下步骤提供一种用于半导体微细加工的喷胶装置，其包括水平运动机构、相对于水平运动机构可在竖直方向上移动的直线电机、用于放置衬底的承片台、支撑承片台的支撑臂、及安装于直线电机上且连接于支撑臂的第一旋转电机，所述水平运动机构设有在水平面内运动并用以向衬底的加工面进行喷胶的喷嘴，喷嘴的喷射方向竖直向上或斜向上；提供衬底，并将衬底放置于承片台上，在初始位置时，衬底的加工面向上；第一旋转电机带动承片台绕支撑臂的轴线方向旋转，使得衬底的加工面水平向下或倾斜向下；直线电机带动支撑臂及承片台下降，使衬底的加工面与喷嘴之间保持一定的高度；水平运动机构带动喷嘴在水平面内进行蛇形扫描运动，同时喷嘴向衬底的加工面喷射涂层材料并将其均勻地附着在衬底的加工面上。作为本发明的进一步改进，还包括旋转衬底的步骤，其中所述喷胶装置设有安装在承片台背面的第二旋转电机，所述第二旋转电机悬挂地安装在支撑臂上；当衬底的加工面被扫描和喷射完成后，衬底随着放置衬底的承片台在第二旋转电机的带动下，使衬底在其所在的平面内旋转一定的角度后再进行一次完整的蛇形扫和喷射的过程，再重复该过程直至衬底旋转360°。作为本发明的进一步改进，还包括加热衬底的步骤，其中所述喷胶装置设有放置在承片台内以控制衬底温度的加热装置，所述温度的控制范围在50°C至150°C之间，并且加热装置可按照所设定的温度曲线对涂层材料进行温度调节。作为本发明的进一步改进，还包括衬底复位的步骤，其中当衬底的加工面被喷涂完成后，第一旋转电机带动承片台和衬底反向旋转至初始位置。相较于现有技术，本发明通过使承片台向下面对喷嘴，进而使喷嘴向上喷出的涂层材料在重力和表面张力的作用下，能够在具有高低起伏结构的加工面的拐角和侧壁上， 均勻地涂覆一层厚度一致或相同的涂层。特别适合在加工面起伏、有深孔或有沟槽结构的衬底上涂覆涂层，满足微细加工的工艺要求。
图1是现有技术中衬底的加工面的拐角和侧壁被覆盖涂层后的示意图。图2是本发明喷胶装置的俯视图。
图3是本发明喷胶装置沿图2中A方向的侧视图。图4是本发明喷胶装置沿图2中B方向的侧视图。图5是采用本发明的喷胶装置在衬底的加工面的拐角和侧壁上覆盖涂层后的示意图。
具体实施方式
请参图2至图4所示，一种用于半导体微细加工的喷胶装置100，其包括设备平台5、安装于设备平台5上的水平运动机构2及直线电机7、安装于直线电机7上的第一旋转电机8、固定于第一旋转电机8上的支撑臂6、悬挂地安装在支撑臂6上的第二旋转电机 3、及与第二旋转电机3相连的用于放置衬底9 (参图5所示)的承片台4。所述水平运动机构2包括可在水平面内运动并用以向衬底9进行喷胶的喷嘴1。 所述水平运动机构2采用工字型或十字型丝杠系统，带动喷嘴1在水平面上任意一点以一定的速度运动。所述喷嘴1可根据实际需要选用二元喷嘴、微机电喷嘴或者超声喷嘴等。所述喷嘴1在水平面内作蛇形扫描运动，同时喷嘴1喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物等材料，将其均勻地附着在衬底9的加工面93 (参图5所示)上。所述喷嘴1的喷射方向可以在垂直于设备平台5的竖直平面内进行手动的360°调节。所述第二旋转电机3安装于承片台4的背面，并且第二旋转电机3悬挂地安装在支撑臂6的一端上。所述第二旋转电机3可旋转以驱动承片台4在其所在的平面内作360 ° 旋转。所述支撑臂6的另一端沿水平方向安装在第一旋转电机8上。所述支撑臂6在本实施方式中由金属材料制成。当然，在其他实施方式中，支撑臂6也可以通过塑料等其他材料制成，但是，需要具备足够的强度，用以支撑第二旋转电机3及承片台4。所述第一旋转电机8可通过支撑臂6控制承片台4的旋转。所述承片台4绕支撑臂6的水平轴线旋转的旋转范围为0°至180°。所述第一旋转电机8带动承片台4旋转一定的角度，使得承片台4的工作面水平向下或倾斜向下，进而使承片台4向下面对喷嘴 1(参图4所示)。所述直线电机7垂直安装于设备平台5上，其相对于水平运动机构2可在竖直方向上移动。所述直线电机7采用一维丝杠系统，以在喷嘴1进行蛇形扫描和喷射的过程中调整所述承片台4的高度，使承片台4位于喷嘴1正上方的一点与所述喷嘴1之间的高度保持不变。当衬底9的加工面93被扫描和喷射完成后，衬底9随着放置衬底9的承片台4在第二旋转电机3的带动下，旋转一定的角度后再进行一次完整的蛇形扫和喷射的过程，再重复该过程直至衬底9旋转360°。最后，第一旋转电机8带动承片台4和衬底9反向旋转至初始位置，便于取下已经完成微细加工的衬底9。另外，所述喷胶装置100还设有放置在承片台4内且用以控制衬底9温度的加热装置(未图示)，所述温度的控制范围在50°C至150°C之间，并且加热装置可按照所设定的温度曲线进行温度调节。所述喷胶装置100还设有放置在承片台4表面的真空吸附结构(未图示)，所述真空吸附结构可将衬底9牢牢地吸附在承片台4上，不至于掉落。
6
请参图2至图5所示，本发明还揭示了一种利用所述喷胶装置100对衬底9的加工面93进行微细加工的方法。该方法根据待加工衬底9的情况以及需要涂覆的材料的不同，可选择以下几种工作过程。工作过程一首先，提供上述喷胶装置100，在初始位置状态下，承片台4的工作面水平向上。喷胶用喷嘴1在水平运动机构2的带动下，位于承片台4的下方，手动调节保持喷嘴1的喷射方向向下。将需要进行微细加工的衬底9的加工面93向上放置在承片台4的工作面上。开启喷胶装置100的真空吸附结构将衬底9牢牢地吸附在承片台4上。直线电机7带动支撑臂6以及承片台4下降至喷嘴1以下的某一平面内，使喷嘴1与承片台4所在的平面保持一定的间隙(即工作高度)。水平运动机构2带动喷嘴1在水平面内进行蛇形扫描运动， 同时喷嘴1喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物等材料，并将其均勻地附着在衬底9 的加工面93上。当完成整个衬底9加工面93的蛇形扫描和喷射后，衬底9随着放置衬底 9的承片台4在第二旋转电机3的带动下，旋转一定的角度(比如90°或60° )，然后再进行一次完整的蛇形扫描和喷涂的过程，再重复该过程直至衬底9旋转360°。通过从不同的角度对衬底9的加工面93进行多次喷涂，可以保证衬底9的加工面93最终覆盖均勻的涂层92。工作过程二 首先，提供上述喷胶装置100，在初始位置状态下，承片台4的工作面水平向上。喷胶用喷嘴1在水平运动机构2的带动下，位于承片台4的下方，手动调节保持喷嘴1的喷射方向竖直向上或斜向上。将需要进行微细加工的衬底9的加工面93向上放置在承片台4 的工作面上。开启喷胶装置100的真空吸附结构将衬底9牢牢地吸附在承片台4上。大扭矩转转电机8绕水平轴旋转180°，使承片台4的工作面以及衬底9的加工面93水平向下。 直线电机7带动支撑臂6以及承片台4下降至喷嘴1上方的某一平面内，使喷嘴1与承片台4所在的平面保持一定的间隙(即工作高度)。水平运动机构2带动喷嘴1在水平面内进行蛇形扫描运动，同时喷嘴1向上喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物等材料，并将其均勻地附着在衬底9的加工面93上。当完成整个衬底9加工面93的蛇形扫描和喷射后，衬底9随着放置衬底9的承片台4在第二旋转电机3的带动下，旋转一定的角度(比如 90°或60° )，然后再进行一次完整的蛇形扫描和喷涂的过程，再重复该过程直至衬底9旋转360° (即一周)。最后，第一旋转电机8带动承片台4和衬底9反向旋转至初始位置， 便于取下已经完成微细加工的衬底9。工作过程三首先，提供上述喷胶装置100，在初始位置状态下，承片台4的工作面水平向上。喷胶用喷嘴1在水平运动机构2的带动下，位于承片台4的下方，手动调节保持喷嘴1的喷射方向竖直向上或斜向上。将需要微细加工的衬底9的加工面93向上放置在承片台4上。开启喷胶装置100的真空吸附结构将衬底9牢牢地吸附在承片台4上。第一旋转电机8旋转使得承片台4的工作面以及衬底9的加工面93倾斜向下。直线电机7带动支撑臂6以及承片台4下降至喷嘴1上方的某一平面内，使喷嘴1与承片台4的最低点保持一定间隙，设定该间隙为工作高度。水平运动机构2带动喷嘴1在水平面内，由承片台4的最低点处开始进行蛇形扫描运动，同时喷嘴1向上喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物等材料，并将其均勻地附着在衬底9的加工面93上。在喷嘴1进行蛇形扫描的同时，直线电机7带动承片台4逐渐下降，使承片台4位于喷嘴1正上方的一点与所述喷嘴1之间的高度保持不变。当完成整个衬底9加工面93的蛇形扫描和喷射后，衬底9随着放置衬底9的承片台 4在第二旋转电机3的带动下，旋转一定的角度(比如90°或60° )，然后再进行一次完整的蛇形扫描和喷涂的过程，再重复该过程直至衬底9旋转360° (即一周)。最后，第一旋转电机8带动承片台4和衬底9反向旋转至初始位置，便于取下已经完成微细加工的衬底 9。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果通过将衬底9的加工面93水平向下或以一定的角度倾斜向下，喷嘴1向上喷出的涂层材料在重力和表面张力的作用下，能够在具有高低起伏结构的加工面93的拐角和侧壁上，均勻地涂覆一层厚度一致或相同的涂层92。特别适合在加工面93起伏、有深孔或有沟槽结构91的衬底9上涂覆涂层92，且涂层92的厚度均勻一致，满足微细加工的工艺要求。承片台4内设置的加热装置可以保证承片台4 一直处于加热状态，喷涂在衬底9 的加工面93上的光刻胶、有机聚合物或有机混合物等材料被不断的强制蒸发溶剂，进而使涂层92迅速固化以防止涂层92流动，保证了涂层92厚度的均勻性。另外，加热装置可以按照设定的温度曲线对承片台4进行加热，进而可以在喷胶工艺的不同时刻采用不同的温度，以适用于喷胶工艺过程中涂层92的厚度不断变化，也适用于不同加工面93的衬底9以及不同材料的光刻胶、有机聚合物或有机混合物，还适用于各种涂层92的最终厚度。喷胶用喷嘴1在衬底9的加工面93范围内采用蛇形扫面运动，每一行蛇形扫描路线具有一定的间距，该间距可以进行程序自动调节，保证衬底9加工面93的每一点能够均勻地喷涂等量的光刻胶、有机聚合物或混合物等材料。在每进行完一遍蛇形扫描和喷涂后，衬底9随着承片台4在第二旋转电机3的带动下旋转一定的角度，再做一次蛇形扫和描喷涂过程，直至旋转360°。通过从不同的角度对衬底9的加工面93进行多次喷涂，以保证衬底9加工面93的各种起伏结构在各个方向上均能受到均勻的喷涂。另外，喷嘴1的喷涂方向可以调节成与衬底9的加工面93呈90°以外的某一夹角，以保证衬底9的加工面93上某些特定起伏结构(比如垂直深坑内部，甚至底角大于 90°的深坑)能够被均勻和完全的喷涂。衬底9能够随着承片台4被垂直于设备平台5安装的直线电机7带动而进行上下运动，以调节喷嘴1和衬底9的加工面93之间的高度，以适应各种加工面93不同的衬底9 以及不同材料的光刻胶、有机聚合物或有机混合物。综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，不应以此限制本发明的范围，即凡是依本发明权利要求书及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种用于半导体微细加工的喷胶装置，包括水平运动机构、相对于水平运动机构可在竖直方向上移动的直线电机、用于放置衬底的承片台及支撑承片台的支撑臂，所述水平运动机构设有在水平面内运动并用以向衬底的加工面进行喷胶的喷嘴，所述直线电机用以调节承片台的高度，其特征在于所述喷胶装置还设有安装于直线电机上且连接于支撑臂的第一旋转电机，所述第一旋转电机可驱动承片台绕支撑臂的轴线方向旋转，进而使承片台向下面对所述喷嘴。
2.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述喷胶装置设有安装在承片台的背面的第二旋转电机，所述第二旋转电机悬挂地安装在支撑臂上；所述第二旋转电机可驱动承片台，在承片台所在的平面内，旋转任意角度。
3.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述承片台绕支撑臂的轴线方向旋转的旋转范围为0°至180°。
4.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述喷胶装置设有设备平台，所述水平运动机构及直线电机均安装于设备平台上，所述喷嘴的喷射方向可以在垂直于设备平台的平面内进行360°调节。
5.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述喷胶装置设有放置在承片台内且用以控制衬底温度的加热装置，所述温度的控制范围在50°C至150°C之间，并且加热装置可按照所设定的温度曲线进行温度调节。
6.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述喷胶装置设有放置在承片台表面的真空吸附结构，所述真空吸附结构可将衬底吸附在承片台上，不至于掉落。
7.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述第一旋转电机带动承片台旋转，使承片台水平向下或倾斜向下。
8.如权利要求1所述的喷胶装置，其特征在于所述喷嘴在水平面内作蛇形扫描运动， 喷嘴同时喷射出光刻胶或有机聚合物或有机混合物并将其均勻地附着在衬底的加工面上。
9.如权利要求8所述的喷胶装置，其特征在于所述直线电机在喷嘴进行蛇形扫描和喷射的过程中调整所述承片台的高度，使承片台位于喷嘴正上方的一点与所述喷嘴之间的高度保持不变。
10.如权利要求8所述的喷胶装置，其特征在于衬底的加工面被扫描和喷射后，衬底随着放置衬底的承片台在第二旋转电机的带动下，旋转一定的角度后再进行一次完整的蛇形扫和喷射的过程，再重复该过程直至衬底旋转360°。
11.一种衬底的喷涂方法，包括如下步骤提供一种用于半导体微细加工的喷胶装置，其包括水平运动机构、相对于水平运动机构可在竖直方向上移动的直线电机、用于放置衬底的承片台、支撑承片台的支撑臂、及安装于直线电机上且连接于支撑臂的第一旋转电机，所述水平运动机构设有在水平面内运动并用以向衬底的加工面进行喷胶的喷嘴，喷嘴的喷射方向竖直向上或斜向上；提供衬底，并将衬底放置于承片台上，在初始位置时，衬底的加工面向上；第一旋转电机带动承片台绕支撑臂的轴线方向旋转，使得衬底的加工面水平向下或倾斜向下；直线电机带动支撑臂及承片台下降，使衬底的加工面与喷嘴之间保持一定的高度；水平运动机构带动喷嘴在水平面内进行蛇形扫描运动，同时喷嘴向衬底的加工面喷射涂层材料并将其均勻地附着在衬底的加工面上。
12.如权利要求11所述的喷涂方法，其特征在于还包括旋转衬底的步骤，其中所述喷胶装置设有安装在承片台背面的第二旋转电机，所述第二旋转电机悬挂地安装在支撑臂上；当衬底的加工面被扫描和喷射完成后，衬底随着放置衬底的承片台在第二旋转电机的带动下，使衬底在其所在的平面内旋转一定的角度后再进行一次完整的蛇形扫和喷射的过程，再重复该过程直至衬底旋转360°。
13.如权利要求11所述的喷涂方法，其特征在于还包括加热衬底的步骤，其中所述喷胶装置设有放置在承片台内以控制衬底温度的加热装置，所述温度的控制范围在50°C至 150°C之间，并且加热装置可按照所设定的温度曲线对涂层材料进行温度调节。
14.如权利要求11所述的喷涂方法，其特征在于还包括衬底复位的步骤，其中当衬底的加工面被喷涂完成后，第一旋转电机带动承片台和衬底反向旋转至初始位置。
全文摘要
本发明公开了一种用于半导体微细加工的喷胶装置及衬底的喷涂方法，所述喷胶装置包括水平运动机构、在竖直方向上移动的直线电机、用于放置衬底的承片台及支撑承片台的支撑臂，所述水平运动机构设有用以向衬底的加工面进行喷胶的喷嘴，所述喷胶装置还设有安装于直线电机上且连接于支撑臂的第一旋转电机，所述第一旋转电机可驱动承片台绕支撑臂的轴线方向旋转，进而使承片台向下面对所述喷嘴。如此设置，喷嘴向上喷出的涂层材料在重力和表面张力的作用下，能够在具有高低起伏结构的加工面的拐角和侧壁上，均匀地涂覆一层厚度一致或相同的涂层。特别适合在加工面起伏、有深孔或有沟槽结构的衬底上涂覆涂层，满足微细加工的工艺要求。
文档编号B05C9/14GK102285628SQ20101020300
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者王云翔 申请人:王云翔