全自动平板涂胶机的研制及应用

　　:=1),3.)： 0EF LFOL 34L1MNPKFD LEF Q134K3QJF ， LFKE43KAJ NALA MR LEF :PLM2AL3K KMALF1 RM1 DSPA1F QJALF9 :JDM 34L1MNPKF DFTF1AJ UFV LFKE43SPFD NP134G LEF Q1MKFDD MR NFD3G434G DVDLF2 A4N Q1MKFDD AQQJ3KAL3M4D9 ’?@,01A WSPA1F XJALF； :PLM2AL3K； WQ34； ,MAL34G 基片涂胶工艺是平板显示器生产中必不可少 的关键工续， 胶膜厚度精度及均匀性直接影响到成 品率的提高。涂胶工艺质量的提高需要性能优良的 涂胶设备来保证。对于现代的大规模平板显示器生 产而言工艺的重复性和可靠性是至关重要的， 必须 最好能够降低人为因素的干扰， 因此生产设备一定要能 按设定工艺快速无损伤的自动运行。西安捷盛研制 的 ’#!!()*( 型自动平板涂胶机就是针对这一工 ./-、 0(0$,- 等显 艺过程开发的，适用于 ,-、 示器生产中方基片的涂胶工艺。 用有效的涂胶方式，在平板显示器制造中广泛采 用， 能保证获得较高的胶膜均匀性。基础原理是将 少量胶液沉积在基片中央， 接着以非常快速地旋转， 离心 力将使胶液散开， 最后覆盖整个底片。也可以在滴 胶过程中基片先低速旋转 （ 通常 ! 1)234） 使光刻 胶在基片表面慢慢摊开， 然后加速5非常快速地旋转一定时 间直到表面覆盖一定厚度的胶膜。 分析这一工艺过程会发现与传统晶圆片涂胶工 艺原理一样，影响其胶膜均匀度和可靠性的主要因 素在于： 转速、 加速度、 基片的精确传输定位、 腔体环 境、 气流和工艺过程温湿度、 化学品的精确供应等。 （ 6） 在旋转涂胶中转速是最重要的因素之一， 非常快速地旋转通常决定了最终的胶膜厚度。较小的速度 方基片涂胶有多种方法， 旋转涂胶是目前最常 变化就能导致胶膜厚度较大的变化。旋转过程中控

　　有效地处理好这些影响因素才能确保涂胶工艺的 顺利完成。因此我们在研发过程中在设备的结构、 功能、 操作及制造工艺方面采取了一系列相对先进 的技术措施， 见图 !。

　　机交付用户使用两年以来运行稳定可靠，成品率 高， 各项技术指标完全使用户得到满足需要。这台设备的 研制成功使我们积累了经验为开发更大尺寸的自 动涂胶设备奠定了良好的基础。

　　稳性对涂胶质量有关键性影响， 因此在技术指标上 对转速及加速度提出了较高的要求： !##)* ### ,-./，设定增量： ( ,-./ 主轴转速范围： 主轴转速精度0 1 ,-./ (###)!#### 2-,3 主轴加速度范围： 为实现这一指标，在主轴旋转系统模块设计中， 我们选用了大功率无刷电机及驱动器， 主轴结构也 做了专门的设计， 保证了在大惯量负载情况下主轴 仍具备极高的加速度和旋转精度从而使基片胶膜 的片内及片间精度得到保证。 （ !） 由于是对方片做处理， 方片不同于圆片 而具有方向性， 为了能够更好的保证传片的准确性， 传片机械

　　块、 热板模块、 收片模块， 机械手等部分所组成， 采用 各模块直列布局， 机械手横向移动调度。运行平稳 可靠。运用于平板显示器制造中的涂胶工艺， 设备 可按设定工艺自动完成涂胶、 烘干、 收片功能。 工艺工步为： 送片—! 涂胶—! 真空干燥—! 热板烘烤—— —!收片

　　机的控制系统软件有良好的人机界面， 对设备每一项操 作都设有相应的功能键， 简单明了。操作者只须根 据界面上的文字提示选择相应功能按键便可实现 对设备的所有操作。工控机的控制软件分为三大部 分： 编程、 运行、 维护。 编程操作用来输入各项工艺参数， 诸如： 温度、 时间、 转速、 加速度等参数的设定。 可以保存十个成 熟的工艺， 以根据自身的需求选择某个工艺， 免去了重新 输入工艺参数的麻烦。当前的所有参数均有掉电保 护功能。 运行操作用来完成所设定的工艺。 手动维护操作用来实现对设备的检修调整， 能 够对每一模块的所有动作进行解析， 可使操作的人方 便地选择任一动作做相关操作， 以便确定各个动作的 正常与否， 以进行设备维护， 供修东西的人使用。 系统通过一个完整的信号输入网络监视着整 个系统工艺程序的进程和状态， 对设备做实时监 控。所有动作相互连锁保护， 故障诊断功能在出现 故障会给出提示， 帮助使用者查找并排除故障。

　　作者简介： 陈焱， 男， 助理工程师。主要是做半导体专用设备的开发和应用工作， 主管并参与了多项半导体工艺设备的研制生产。

　　（西安捷盛电子技术有限责任公司， 陕西 西安 !##!$ ） 摘 要： 介绍了全自动平板涂胶机的原理、 主要性能、 技术指标及设计中所采用的几项关键技术和

　　制胶液流向基片边缘的离心力和影响胶液粘度的 挥发速度相作用使胶膜厚度大体保持平衡， 一定程 度下增加旋转时间胶膜厚度变化不大。因此必须对 匀胶转速作精确的控制。 （ !） 加速度对涂胶的均匀性有着重要的影响。 在涂胶环节的第一部分， 胶液开始变干， 精确的控 制加速度十分重要， 在一些过程中胶液中 #$ 的溶 剂在加速过程中汽化蒸发。旋转过程提供了一个离 心力 （ 向外） 给胶液， 加速度提供给胶液扭曲力， 此 力使胶液均匀通过和覆盖基片表面。最终形成的胶 膜均匀性与适当的加速度紧密关联。 （ %） 方片涂胶与传统晶圆片涂胶工艺一样受 到腔体环境 （ 排风、 气流等） 的影响。在涂胶过程中 胶液的挥发烘干速度决定于液体本身的自然属性， 也受到涂胶过程中晶圆片周围空气情况的影响。涂 胶过程中很重要的一点是涂胶腔体内气体的流 动和与之相关的乱流要减到最小。通过腔体的排风 系统能减少不希望的随机乱流， 这样做才能够使液体 凝固速度减缓同时使对外界温&湿度的敏感性减小。 对于正性光刻胶来说， 胶液保持一定的温度也 会减缓液体凝固速度。较缓的固化速度的好处是可 以提高胶膜均匀性。在涂胶过程中胶液流向基片边 缘时不断挥发变干黏度增加导致胶膜厚度不一至， 通过减缓固化速度能使整个基片膜厚更加一致。 （ ’） 胶液的精确供应对提高成品率及降低成 本有很重要的意义。胶液不足造成无法覆盖全片， 太多则对胶膜质量有影响且造成浪费。

　　& 方向直动方式， 手采用无旋转的 %、 由直线运动单 元、 无杆气缸等驱动， 基片拾取使用真空吸附技术 最大限度减少对基片表面的损伤。基片传输过程平 稳、 精确、 可靠， 同时避免了采用丝杠皮带等方式所 产生的颗粒污染。 在涂胶模块中专门设计了适用于方片的自动 定中心装置。片子传到涂胶工位后由气缸驱动的定 位装置首先对方片进行一次定位然后主轴上升接 片， 使方玻璃片在承片台上准确定位防止偏心。主 轴真空把玻璃片牢固吸附在承片台上， 并配有挡边 有很大效果预防玻璃片意外飞出。对于主轴定位本机采用 了电机找零位加机械定位方式主轴停止旋转后气 缸推动定位块带动主轴转到确定位置以便机械手 取片进行下一工序。 （ !） 前面提到涂胶腔体内的环境如排风、 气 流、 温度等也直接影响胶膜厚度及均匀性， 制约成 品率的提高。方片涂胶在工艺上与晶圆涂胶有相似 处但也有不同， 方片旋转更易引起乱流， 影响到胶 膜的均匀性。尤其是在四个角处胶膜变厚进而影响 光刻及其他后序工艺。因此在涂胶腔体设计中我们 采用了侧面可调节排风系统， 通过一定的侧面排风 改变腔体内气流方向从而有效消除了四角基胶的 现象。 （ ） 工艺过程中滴胶量的控制精度直接影响 生产企业的经济效益， 也是影响胶膜质量的重要因 素。因此在滴胶系统中我们采用进口氟材气动胶 泵， 使滴胶精度可以控制在#$%& ’( 范围内。同时氟 材质也确保了胶液清洁不受污染。由于正性光刻胶 粘度较低， 因此滴胶后渚留在滴胶嘴的胶液有时会 漏滴， 造成供胶量不准或基片粘污。因此在胶泵出 胶口后加装了可调回吸装置， 在完成设定的滴胶操 作后， 使胶嘴处的光刻胶回吸从而避免了漏滴。 （ )） 由于对于尺寸较大的基片中心固定滴胶 涂胶效果不理想，因此我们采用了移动式胶臂， 多 点连续滴胶的方法有效改善了滴胶效果。用户在实 际使用中可能使用不同种类的光刻胶， 而更换不同 的光刻胶必须先将剩胶排空， 然后使用化学溶剂清 洗胶泵和管路， 即造成胶液浪费也易造成污染。所

　　以在设计中我们采用了三胶泵三路独立供胶从而 大大减少了更换胶液的麻烦同时也降低了胶液损 耗和有害液体泄露的风险。光刻胶温度的变化也是 影响胶膜厚度、 均匀度的主要的因素之一。在系统运 行过程中为保证胶液的恒温我们采用了控制精度 达#$%&*的专用温控槽以保证胶液温度稳定于设定 值。