涂覆設備和涂覆方法

專利名稱：涂覆設備和涂覆方法
涂覆設備和涂覆方法
相關申請的交叉引用
此申請基于2011年9月26日提交的在先日本專利申請No. 2011-208426，并要求 其優先權益，于此通過引用并入了該專利申請的全部內容。技術領域
實施例涉及涂覆設備和涂覆方法，并且更具體地，涉及其中通過向被涂覆對象施 加材料來形成涂覆膜的涂覆設備和涂覆方法。
背景技術：
作為在半導體領域在基底上形成膜的方法的范例，存在其中材料從涂覆噴嘴釋放 并且彼此相對設置的噴嘴和基底相對地移動以進行涂覆的涂覆方法。在旋涂方法中，盤狀 基底固定于圓旋轉臺上，圓旋轉臺以噴嘴的釋放表面與基底的表面之間的預定距離(間隙) 旋轉。材料通過恒容量泵從涂覆噴嘴釋放，其流速是可控制的，因為噴嘴直接從基底的中心 朝向外周邊移動。以此方式，描述了施加的螺旋軌跡以在圓基底的整個表面上形成膜。此 類型的涂覆設備和涂覆方法需要膜厚度和形狀的高精度控制。發明內容
根據實施例，涂覆設備包括臺和涂覆頭。臺支撐被涂覆對象。涂覆頭整體包括材 料釋放單元和氣體噴射單元。


圖1是示出根據第一實施例的涂覆設備的配置的示意性解釋圖2是示出第一實施例的涂覆方法的基底的解釋圖
圖3是示出涂覆設備的涂覆頭的切換操作的解釋圖
圖4是示出第一實施例的涂覆設備和方法的流程圖
圖5是示出根據涂覆方法的基底的區域的解釋圖6是示出第一實施例的涂覆設備和方法的解釋圖；以及
圖7是示出根據第二實施例的涂覆方法的解釋圖。
具體實施方式
材料釋放單元可相對于臺移動，并配置為向臺上的被涂覆對象釋放涂覆材料。氣 體噴射單元與材料釋放單元一起可相對于臺移動并配置為向臺上的被涂覆對象噴射氣體。
[第一實施例]
現在將參照圖1至5描述根據第一實施例的涂覆設備和涂覆方法。在這些圖中， 箭頭X、Y和Z指示三個正交方向。此外,為易于示例,一些結構元件的尺度放大或縮小了或 一些結構元件省略了。
在本實施例中，涂覆設備和方法將分別描述為旋涂設備和旋涂方法。
圖1中所示的涂覆設備包括臺2、旋轉機構3、涂覆頭4、頭移動支撐機構5、以及控 制單元10。臺2包括安裝表面2a，在安裝表面2a上，放置作為被涂覆對象的基底W。旋轉 機構3在水平面內旋轉臺2。涂覆頭4面向基底W移動。頭移動支撐機構5支撐涂覆頭4 和臺2，以在X軸線和Z軸線的方向上移動。控制單元10控制這些元件。
臺2是例如圓形結構，該圓形結構能夠由旋轉機構3繞沿Z軸線延伸的旋轉軸線 C2在水平面(XY平面)內旋轉。臺2包括抽吸機構，該抽吸機構吸引放置在臺2上的基底 W。基底W由抽吸機構固定并保持在臺2的安裝表面2a上。例如，空氣抽吸機構等可以用 作此抽吸機構。
旋轉機構3是支撐臺2以在水平面內旋轉并且借助于諸如馬達的驅動源繞臺的中 心在水平面內旋轉臺2的機構。從而，臺2上的基底W在水平面內旋轉。
涂覆頭4整體包括旋轉軸6、材料釋放噴嘴7、蒸氣噴射噴嘴8、以及連接部分9。旋 轉軸6連接至頭移動支撐機構5。材料釋放噴嘴7布置于旋轉軸6的一側,并且蒸氣噴射噴 嘴8布置在另一側。連接部分9連接噴嘴7和8。
材料釋放噴嘴(材料釋放單元)7通過處于壓力下的其尖端的噴嘴孔7b連續地釋 放液體涂覆材料，諸如樹脂材料，并將該材料施加至臺2上的基底W。
蒸氣噴射噴嘴(氣體噴射單元)8通過處于壓力下的其尖端的噴嘴孔Sb連續地噴 射溶劑蒸氣，并將蒸氣供應至臺2上的基底W。使用的溶劑蒸氣可以是液體材料溶劑、與液 體材料兼容的液體、或含有具有與液體材料的親和力的材料的液體的蒸氣。
根據諸如用于蒸汽噴射和液體材料施加的定時的條件選擇溶劑蒸氣。在蒸氣噴射 后立刻執行液體材料的施加的情況下，例如，使用液體材料溶劑、與液體材料兼容的液體或 含有具有與液體材料的親和力的材料的液體的蒸氣。
相比而言，在施加液體材料后立刻執行蒸氣噴射的情況下，使用液體材料溶劑或 與液體材料兼容的液體的蒸氣。
材料釋放噴嘴7和蒸氣噴射噴嘴8整體借助于連接部分9布置并且可在水平面 (XY平面)內繞旋轉軸6旋轉，旋轉軸6具有沿Z軸線延伸的旋轉軸線Cl。噴嘴7和8的相 對縱向位置能夠隨涂覆頭4的旋轉而改變。從而，通過僅旋轉涂覆頭4，能夠容易地建立正 確的位置關系，如圖2中所示。
此外，涂覆頭4構造為使得連接部分9的長度和材料釋放噴嘴7與蒸氣噴射噴嘴 8之間的距離d是可調整的。通過調整距離d，能夠調整用于至基底W的溶劑蒸氣供應與材 料施加的定時之間的時間滯后。
如圖1中所示,移動機構5包括Z軸線移動機構,其在Z軸線方向上支撐并移動 涂覆頭4 ;以及X軸線移動機構，其在X軸線方向上支撐并移動頭4。移動機構5定位臺2 以上的頭4并且相對于臺2移動頭。使用線性馬達作為其驅動源的線性馬達移動機構、使 用馬達作為其驅動源的進給螺桿移動機構等用于Z和X軸線移動機構。
控制單元10包括用于密集(intensively)控制元件的微計算機和存儲各種程序 和數據的存儲單元。存儲器、硬盤驅動器(HDD)等可以用作存儲單元。
控制單元10基于各種程序和數據(涂覆條件數據等)來控制旋轉機構3和移動機 構5。如圖3中所示，在執行來自噴嘴7和8的液體材料釋放和蒸氣噴射時，控制單元10旋轉臺2，臺2承載其上的基底W。然后，控制單元10在X軸線方向上從基底W的中心朝向外 周邊線性地移動涂覆頭4。作為如圖3中基底W的順時針旋轉以及涂覆頭4向圖3的右邊 的線性移動的結果，涂覆頭4在由圖3中的箭頭指示的施加方向(相對移動方向)上從基底 W的中心位置Pl朝向外端部分P2相對地移動。從而，涂覆材料描述涂覆材料施加至基底W 時的旋轉軌跡(旋涂)，于是在基底的整個表面上形成膜M。
此外，控制單元10根據設定而繞旋轉軸6旋轉涂覆頭4，由此改變噴嘴7和8的相 對施加方向。
現在將參照圖4的流程圖描述涂覆設備I執行的沉積過程(涂覆方法)。涂覆設備 I的控制單元10基于各種程序和數據(涂覆條件數據等)來執行沉積過程。
如圖4中所示，首先執行諸如原始返回的初始操作(ST1)。于是，通過輸運機構將 基底W引入到臺2上，輸運機構諸如是機器人處理系統(ST2)。基底W通過抽吸機構固定于 臺2上。其后，涂覆頭4通過Z軸線移動機構在Z軸線方向上移動，使得頭4與基底W的被 涂覆表面之間的豎直距離(或間隙)處于設定值。于是，涂覆頭4設定在待受到位置調整的 水平面上的涂覆開始位置(ST3 )。
于是，作為涂覆過程執行ST4至STlO的處理。在涂覆過程中，在從材料釋放噴嘴7釋放液體材料并且從蒸氣噴嘴8供應蒸氣時，涂覆頭4首先相對于基底W移動(ST4)。
在本實施例中，如圖5中所示，在中心區域Al和邊緣區域A2中局部執行蒸氣噴 射，但是不在區域Al和A2之間的中心區域A3中執行蒸氣噴射，中心區域Al中膜厚度特別 容易增大。在本實施例中，例如，執行處理的涂覆頭4從中心中的涂覆開始位置Pl朝向外 周邊末端處的涂覆結束位置P2移動。相應地，與液體材料釋放一起執行蒸氣噴射，直至從 控制單元10的控制下的涂覆的開始，一定時間已經消逝(ST5)，并且在時間tl已經消逝后， 停止蒸氣噴射(ST6 )。其后，僅執行液體材料釋放(ST7 )，在一定時間t2已經消逝后，重新開 始蒸氣噴射(ST8)，并且蒸氣噴射與液體材料釋放一起繼續，直至涂覆的結束。例如，根據諸 如涂覆速度、區域Al和A2的寬度等的條件，設定時間tl和t2。
隨著臺2通過旋轉機構3旋轉，使得其上的基底W旋轉，涂覆頭4以恒定速度在X 軸線方向上從基底W的中心中的開始位置，即從中心開始，朝向基底的外周邊移動。然后， 蒸氣從蒸氣噴射噴嘴8噴射，并且液體材料從材料釋放噴嘴7連續地釋放到基底W的涂覆 表面上，由此材料螺旋地施加至被涂覆表面(旋涂涂覆)。從而，在基底W的被涂覆表面上形 成涂覆膜M。
如圖6中所示，隨著涂覆頭4以此方式移動，首先從噴嘴8噴射蒸氣，作為區域Al 和A2中的預處理，噴嘴8相對于施加方向位于前面。此后，立刻從噴嘴7釋放液體材料。
以此布置連續地執行從噴嘴7和8的液體材料釋放和蒸氣噴射。然而，因為噴嘴 7和8在施加方向上縱向地交錯，所以基底W上的蒸氣噴射和液體施加是在從開始位置Pl 至結束位置P2的施加的螺旋軌跡的數個部分順序地執行的。
于是，確定是否達到預設定的預確定的位置或時間(ST9)。如果確定未達到剛好在 涂覆完成之前的預確定的位置或時間(ST9中否)，則繼續涂覆過程。在圓基底W的情況下， 假定外端部分在結束位置P2中。當達到結束位置P2時，完成液體釋放和蒸氣噴射，于是涂 覆過程結束(STlO)。
在涂覆結束之后，通過移動機構5抬起涂覆頭4(ST11)。于是，借助于觀測裝置來觀測或檢查基底W上的涂覆膜M，以看其是否受到針孔的影響或監視涂覆膜M中的外來物質 的存在、異常膜厚度的出現、涂覆膜M的邊緣部分的形狀等。如果需要，對部分涂層執行修 補過程，于是結束處理。
根據本實施例的涂覆設備和方法，膜厚度能夠受到控制，使得通過在涂覆操作期 間噴射溶劑蒸氣來改變涂覆液體的粘性和潤濕性。
如果具有親和力或兼容性的液體的蒸氣是在涂覆材料釋放之前立刻預噴射的，則 例如，改善了基底上的液體的潤濕性，使得其后立刻施加的液體材料容易展開。從而，膜厚 度變得均勻，使得改善了整個基底W的均一性。
此外，根據本實施例，能夠通過局部地控制用于溶劑蒸氣噴射的定時，局部地執行 噴射。因此，能夠通過特別是在涂覆開始點處的中心位置和在涂覆結束點處的邊緣部分中 局部地執行蒸氣噴射來將膜厚度控制為均勻的，其中，在基底的旋轉的離心力、恒容量泵的 慣性力等的影響下，中心位置的膜厚度易于增大。從而，如果膜厚度局部地增大，則能夠避 免可以在隨后的曝光/顯影過程中引起的問題。
在本實施例的涂覆設備和方法中，隨著材料施加和溶劑蒸氣噴射的執行，蒸氣噴 射噴嘴和材料釋放噴嘴整體移動，使得能夠減小定時差異，并且能夠促進定時控制。從而， 能夠在由干燥引起揮發或退化之前實現處理。此外，通過供應蒸氣，非常小量的溶劑能夠均 勻地引入到基底或施加的液體的表面上。
通過在旋轉軸的相對側上逐個布置噴嘴并旋轉涂覆頭4以改變其角度，能夠改變 噴嘴7和8的相對縱向位置。從而，能夠根據材料和環境以簡單結構改變溶劑供應的定時。
因為蒸氣噴射能夠與液體施加一起執行，所以能夠減小處理定時。此外，通過控制 用于蒸氣噴射的定時，能夠實現局部處理。
本發明不限于上述實施例，根據第一實施例，例如，蒸氣噴射噴嘴8在施加方向上 位于材料釋放噴嘴7之前，并且蒸氣噴射在材料施加之前執行。然而，替代地，通過旋轉涂 覆頭4以改變相對縱向位置,例如如圖4中所示,能夠以相反順序實現處理。如果在涂覆材 料釋放后立刻噴射兼容液體的蒸氣，則減小了涂覆材料的粘性，使得液體材料易于展開。從 而，膜厚度變得均勻，使得改善了整個基底W的均一性。
結合上述實施例，假定通過在膜厚度和形狀容易變化的涂覆開始和結束點局部執 行蒸氣噴射來控制膜厚度。然而，替代地，其它區域可以局部地經受蒸氣噴射，或基底W的 整個表面可以均勻地經受蒸氣噴射。此外，可以使得蒸氣噴射量可調整，以便能夠根據待涂 覆的區域在多個步驟中對其進行控制。
雖然在根據上述第一實施例的旋涂設備和旋涂方法中，材料螺旋地施加至圓形基 底W，但是本發明不限于此實施例。因為在根據另一實施例的涂覆設備100和涂覆方法中， 如圖1和7中所示，例如，涂覆頭可以隨材料釋放和蒸氣噴射的執行相對于矩形基底W2直 線移動。在此情況下，基于沿直線上的軌跡的相對移動實現了材料施加和蒸氣噴射。
在圖1中所示的涂覆設備中，噴嘴7和8在施加方向上平行布置，并且使得涂覆頭 4能夠在X和Y軸線方向上移動。從而，涂覆頭4能夠沿本實施例的直線上的軌跡相對地移 動，由此實現對基底W2的涂覆過程。
此實施例提供與第一實施例相同的效果。具體地，涂覆頭4整體包括材料釋放噴 嘴7和蒸氣噴射噴嘴8，使得噴嘴7和8整體可移動。相應地，能夠順序地執行對于基底W2的蒸氣噴射和材料施加。此外，能夠通過旋轉來改變相對縱向位置，并且噴嘴7和8之間的 距離d是可調整的，使得能夠調整處理順序和間隔。
雖然已經描述了某些實施例，但是已經僅通過范例介紹了這些實施例，并且這些 實施例不是以在限制本發明的范圍。實際上，于此描述的新穎實施例可以以各種其它形式 具體化；此外，可以進行于此描述的實施例的形式的各種省略、替代和改變，而不脫離本發 明的精神。所附權利要求和它們的等同意在涵蓋將落入本發明的范圍和精神內的該形式或 修改。
權利要求
1.一種涂覆設備包括 臺，其支撐被涂覆對象；以及 涂覆頭，其整體包括材料釋放單元和氣體噴射單元，所述材料釋放單元能夠相對于所述臺移動并且配置為向所述臺上的所述被涂覆對象釋放涂覆材料，所述氣體噴射單元與所述材料釋放單元一起能夠相對于所述臺移動并且配置為向所述臺上的所述被涂覆對象噴射氣體。
2.如權利要求1所述的涂覆設備，其中，所述涂覆頭配置為能夠繞垂直于所述臺的表面的旋轉軸線旋轉，并且所述材料釋放單元和所述氣體噴射單元的縱向位置能夠通過所述旋轉改變。
3.一種涂覆方法，包括 在相對于被涂覆對象移動涂覆頭時，從聯接至所述涂覆頭的材料釋放單元釋放涂覆材料；以及 從聯接至所述涂覆頭的氣體噴射單元供應氣體。
4.如權利要求3所述的涂覆方法，其中，隨著所述涂覆頭相對地移動且所述氣體噴射單元在施加方向上位于所述材料釋放單元之前，順序地執行至所述被涂覆對象的所述氣體噴射和所述材料釋放，并且所述氣體是所述涂覆材料的溶劑、與所述涂覆材料兼容的液體、或包含具有與所述涂覆材料的親和力的材料的液體的蒸氣。
5.如權利要求3所述的涂覆方法，其中，隨著所述涂覆頭相對地移動且所述氣體噴射單元在施加方向上位于所述材料釋放單元之后，順序地執行至所述被涂覆對象的所述材料釋放和所述氣體噴射，并且所述氣體是所述涂覆材料的溶劑的蒸氣或與所述涂覆材料兼容的液體的蒸氣。
全文摘要
根據實施例，一種涂覆設備包括臺，其支撐被涂覆對象；以及涂覆頭，其整體包括材料釋放單元和氣體噴射單元，所述材料釋放單元能夠相對于所述臺移動并且配置為向所述臺上的所述被涂覆對象釋放涂覆材料，所述氣體噴射單元與所述材料釋放單元一起能夠相對于所述臺移動并且配置為向所述臺上的所述被涂覆對象噴射氣體。
文檔編號H01L21/027GK103008175SQ20121034234
公開日2013年4月3日 申請日期2012年9月14日 優先權日2011年9月26日
發明者石原治彥, 佐藤強, 大城健一 申請人:株式會社東芝