液体材料薄膜的喷涂装置及其喷涂方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种液体材料薄膜的喷涂装置及其喷涂方法，属于半导体器件生产技术领域。为解决得到足够细的超声雾化液体颗粒的同时保证足够的雾化流量，所述喷涂装置包括：雾化容器；超声波振荡器，用于进行超声雾化操作；液体材料输入装置，用于通入液体原料；载气输入装置，用于通入载气，所述载气用于与所述液体材料雾化后形成的颗粒混合形成雾气；雾气输出装置，用于输出所述雾气；喷嘴，用于接收雾气并将其喷涂在待喷涂晶片上。该技术方案具备特征：方案中各功能模块独立设置，提高了装置整体的工作能力以及效率；大大减少液体材料的浪费，进而减少环境污染；可得到更薄更均匀的喷涂效果，产生更薄，均匀度更好的液体薄膜；可喷涂台阶面。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体器件生产
，具体涉及一种。
技术介绍
光刻是半导体器件生产工艺中非常关键的工艺，其光刻胶掩膜质量的好坏极大地 影响光刻的质量，传统的光刻胶掩模的制备方式是采用旋转的方法，即将需要涂抹的光刻 胶材料滴在晶圆的中央，旋转晶圆，待光刻胶里面的溶剂挥发后，最后在晶圆表面形成一层 薄膜，即掩模。这种工艺方法存在浪费严重的现象，大部分光刻胶被甩出去，在晶圆表面上 只留下极少数量的一层薄薄的光刻胶，同时，该方法不能直接在有台阶的表面上形成光刻 胶薄膜，随着晶圆尺寸的加大，传统的旋涂方法在大尺寸晶圆表面形成均勻平坦的光刻胶 薄膜的难度进一步加大。针对传统甩胶工艺方法的缺点，国外在某些IC芯片的制造过程中，采用了喷涂的 薄膜制备方法。喷涂的原理有很多种，如旋杯喷涂、静电喷涂、等离子喷涂、空气喷涂、热喷 涂、超声喷涂等，针对IC芯片制作特殊的工艺环境要求，如不能有冲击、不能带静电等，目 前国外采用了超声喷涂来进行光刻胶薄膜的制备。利用超声雾化技术，将光刻胶雾化成细 小的颗粒，相比较其它雾化方法，超声雾化的颗粒尺寸较小，均勻性好，因此很适合光刻胶 薄膜的制备。目前国外主要有两家从事超声雾化喷涂的设备开发，为美国的USI公司和美 国的SonoTek公司，其产品均有应用于光刻胶薄膜的制备上面。超声雾化喷涂制作液体材料薄膜的方法是通过利用超声雾化喷嘴来进行液体的 雾化和喷涂，在器件表面形成液体材料薄膜。目前，一般喷涂过程中所使用的超声雾化喷嘴 集成超声波振荡器、超声波换能器、超声变幅杆和超声雾化头于一体，其原理为超声振荡 器产生超声波，通过超声换能器转换成机械振动，通过超声变幅杆的放大作用，在超声雾化 头的尖端形成比较大的振幅的机械振动，将液体材料输送到超声雾化头尖端，在超声雾化 头尖端的振动作用下，液体在超声雾化头的雾化表面雾化成粒径微小的液滴，通过气流的 控制作用，雾化颗粒飞向器件表面，控制超声波喷嘴的运动，使其均勻地扫过器件，从而在 器件表面形成液体材料薄膜。其中，所提及的超声波雾化技术已成为目前常见的一种技术手段，具体超声雾化 的形成机理是这样的液体液膜覆盖在光滑表面上，并使之振动，振动的方向与表面垂直， 液体吸收部分振动能，并将其转化为驻波。这种波，也被称为表面张力波，在液体表面形成 矩形的波，并且在两个直角方向上有规律地交替出现波峰和波谷。当光滑表面振动幅度增 大时，波幅也相应增大，即波峰变高，波谷变深。最终会达到临界幅度，此时，表面张力波过 高，无法维持稳定。结果是波形崩解，液滴从与雾化表面垂直的消退波顶部喷射出去，其雾 化颗粒的质量中值直径可用公式表示为d=0.34(8πr/pf)1/3其中，d—雾化液滴质量中值直径；Y —雾化液体表面张力；P -—液体密度；f-—超声频率。由此可见，超声雾化的频率越高，得到的雾化颗粒的平均直径越小；液体表面张力 越大，得到的雾化颗粒的平均直径越大。为得到更小的雾化颗粒，对一定的液体，需要提高 超声波的频率来实现。另一方面，采用超声雾化喷嘴来进行液体材料的雾化和喷涂时，其流量可表示 为F=KA/f2/3F-—雾化液体的流量； K-—28500，常数；A-—雾化面积；f-—超声频率。丛流量公式可以看出，超声频率越大，其流量越小，对一定的雾化面积来说，为得 到更高的雾化流量，必须降低频率。目前超声雾化喷涂制备薄膜的方法只是应用在凸点封装工艺的光刻工艺中，因为 工艺要求的光刻胶薄膜的厚度在五到一百微米，此时的液体材料雾化颗粒的平均直径在几 十微米；而在IC制造工艺中的光刻工序，光刻胶厚度一般是几百纳米到一微米左右，这就 要求超声雾化喷涂产生的雾化颗粒平均直径要足够的小，必须要在几微米以下。如果采用 超声喷嘴雾化喷涂光刻胶的模式，必须要将雾化颗粒的平均直径缩小10倍以上，根据超声 频率与雾化颗粒直径的关系公式和超声频率与雾化流量的关系公式，其雾化流量就缩小了 10倍以上。在雾化颗粒平均直径为几十微米的条件下，其雾化流量就非常小，每分钟不超 过800毫升，再缩小十倍，将大大降低生产效率，无法满足工业化生产的需要；同时，超声频 率越高，相应超声换能器的压电晶片的尺寸越小，随之雾化表面的振幅也相应减小，雾化能 力也显著降低；而且，超声频率越高，则超声变幅杆的振动频率越高，对组成喷嘴的材料强 度要求越高，材料更容易疲劳破坏，满足不了喷嘴的设计寿命要求。因此采用高频率的超声 雾化喷嘴形式进行液体材料薄膜的制备，在工业应用上实际是不可行的。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术要解决的技术问题是现有技术中为得到足够细的超声雾化液体颗粒而升 高振动频率，进而又限制所需要的足够雾化流量的问题。(二)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种液体材料薄膜的喷涂装置，包括雾化容器，用于盛装液体材料并提供雾化空间；超声波振荡器，设置于所述雾化容器底部，用于对所述雾化容器内的液体材料进 行超声雾化操作；液体材料输入装置，连接所述雾化容器，用于向所述雾化容器通入液体原料；载气输入装置，连接所述雾化容器，用于向所述雾化容器通入载气，所述载气用于与所述液体材料雾化后形成的颗粒混合形成雾气；雾气输出装置，连接所述雾化容器，用于输出所述雾气；喷嘴，连接所述雾气输出装置，用于接收所述雾气输出装置输送的雾气并将其喷 涂在待喷涂晶片上。所述雾化容器内设有挡板，用于使所述载气经所述液体材料的上表面通入，实现 所述载气与所述雾化后颗粒的充分混合。所述超声波振荡器包括若干个超声波振荡片，所述超声波振荡片的数量取决于具 体应用中雾化流量的要求。所述载气为空气、氮气或其它不与所述液体材料起化学反应的惰性气体。所述载气输入装置上设置有流量计，用于控制输送的载气量。所述雾气输出装置包括抽风机以及雾气整流装置；所述抽风机用于将所述雾气从雾气容器抽入至所述雾气输出装置；所述雾气整流装置用于对所述雾气进行整流，形成均勻稳定的一维雾气流动。所述喷嘴出口为圆形出口、方形出口或者别的特定形状出口 ；所述喷嘴出口处设有雾气回收装置，用于回收没有喷出的雾气和喷涂过程中重新 聚集形成的液滴。所述液体材料输入装置、载气输入装置及雾气输出装置均接有恒温保持装置，用 于保持所述喷涂装置处于恒温的运行状态。所述液体材料输入装置、载气输入装置及雾气输出装置的输送管道均为同心圆双 层结构，内层用于输送液体材料、载气或者雾气，外层用于输送恒温、热交换效率高的液体。此外，本专利技术还提供一种液体材料薄膜的喷涂方法，其特征在于，所述方法包括如 下步骤步骤1 启动恒温保持装置，通过恒温保持装置的热交换过程保证整个装置处于 恒温的运行状态；步骤2 由液体材料输入装置向雾化容器内通入一定高度的液体材料，并保证溶 液高度维持稳定；步骤3 启动超声波振荡器，进行雾化，同时通过载气输入装置通入载气，与雾化 后的液体材料颗粒混合成为雾气；步骤4 启动抽风机，开启各阀门，将雾气抽入雾气整流装置；步骤5 雾气整流装置对雾气进行整流，形成一维稳定雾气流动，从喷嘴喷出；步骤6 根据喷涂对象的形状，调整喷嘴的运动方向、距离以及喷涂角度，进行喷 涂；步骤7 通过雾气回收装置对喷头没有喷出的雾气和喷涂过程中重新聚集形成的 液滴进行回收。所述步骤3中包括，通过设置在载气本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种液体材料薄膜的喷涂装置，其特征在于，所述装置包括：雾化容器，用于盛装液体材料并提供雾化空间；超声波振荡器，设置于所述雾化容器底部，用于对所述雾化容器内的液体材料进行超声雾化操作；液体材料输入装置，连接所述雾化容器，用于向所述雾化容器通入液体原料；载气输入装置，连接所述雾化容器，用于向所述雾化容器通入载气，所述载气用于与所述液体材料雾化后形成的颗粒混合形成雾气；雾气输出装置，连接所述雾化容器，用于输出所述雾气；喷嘴，连接所述雾气输出装置，用于接收所述雾气输出装置输送的雾气并将其喷涂在待喷涂晶片上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段广洪，向东，瞿德刚，牟鹏，何磊明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]