技术领域
本实用新型涉及微加工装置领域,具体是一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统。
背景技术
在微型器件和微机电系统(MEMS)等的微加工制造过程中,光刻胶的旋涂通常是必不可少的步骤,其目的是获得平整度良好的光刻胶胶膜。胶膜的平整性直接决定后续工艺的质量,进而影响微器件和微系统的整体质量。该工艺步骤的具体原理与方法是:首先在基片的中心滴涂光刻胶,当高速旋转的基片产生的离心力与光刻胶膜的表面张力达到平衡时,即可在基片表面获得一层均匀的光刻胶胶膜。该工艺步骤是通过旋涂仪实现的。
目前市场上商业化旋涂仪的主要结构包括:电动机、卡盘、真空泵。电动机提供的旋转可产生与胶膜表面张力相平衡的离心力,真空泵提供吸附基片所需要的真空,而卡盘是用以放置基片并固定基片的平台,其中心位置有小孔与真空泵相通。商业化的旋涂仪配置的卡盘往往是简单的圆形平面结构。
理论上来讲,无论光刻胶胶膜的目标厚度是多少,市场上商业化的旋涂仪都可完全实现上述旋涂功能,从而获得平整度较好的光刻胶胶膜。而实际情况是:对于较薄(几十纳米~几十微米)的光刻胶胶膜,使用商业化旋涂仪的配置可轻易获得厚度最高可达几十微米、平整度良好的薄胶层。
而对于一些超大厚度(几百微米的量级)、超高深宽比的微结构,在旋涂工艺中需要获得的目标胶膜厚度也相应地增加。为满足上述要求,一般选用SU-8等比较粘稠的光刻胶。因其极高的粘稠度,在对这样的光刻胶旋涂过程中,会存在以下两种现象:(1)当光刻胶受到离心力脱离基片后,形成光刻胶的细小纤维丝,它们捕获空气电流并在基片表面着陆。前烘过后,这些纤维丝就在胶膜表面形成相对较大的凹坑。(2)由于不连续的剪切力造成过量的珠状光刻胶在基片边缘聚集,从而形成边缘厚、中间薄的不平整胶膜。这两种现象都使得胶膜平整度变差,严重影响后续工艺的质量。
对于上述的第二种现象即边缘效应,一般使用边缘光刻胶去除剂来消除。但是,边缘光刻胶去除剂是化学有害品,且是高度易燃的,因此这种方法并不是完美的解决方案。即使可以用该办法去除边缘效应,但第一种现象造成的胶膜不平整还是无法避免。因此,在胶膜的目标厚度较大、需使用高粘稠度光刻胶的情况下,要获得平整性良好的胶膜是存在较大困难的。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,以解决现有技术商业化旋涂仪在旋涂粘稠光刻胶时所获得胶膜不平整的问题,可实现旋涂高粘稠度的光刻胶时获得平整性良好的光刻胶胶膜。
为了达到上述目的,本实用新型所采用的技术方案为:
一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,其特征在于:包括有支撑卡盘、中空的旋转轴,所述支撑卡盘通过中心通孔安装在旋转轴上,旋转轴顶端设置有吸盘,吸盘中心设置有与旋转轴内连通的小通孔,支撑卡盘顶面还设置有四个E型卡盘,每个E型卡盘的竖向剖面为E字形,四个E型卡盘在支撑卡盘顶面呈相互矩形交错状围绕在吸盘周围。
所述的一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,其特征在于:所述支撑卡盘底面中心成型有圆凸台,支撑卡盘中心通孔沿支撑卡盘中心轴线方向贯通支撑卡盘及圆凸台,所述支撑卡盘通过中心通孔安装在旋转轴上,且圆凸台与旋转轴之间通过从圆凸台侧部螺入的铆钉连接。
所述的一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,其特征在于:四个E型卡盘底部分别通过铆钉连接在支撑卡盘顶面。
所述的一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,其特征在于:所述E型卡盘的中部的上平面可调节至与方形基片的上平面在同一平面,成为基片平面的四边的延伸平面。
本实用新型的优点为:
(1)、能够消除不连续剪切力造成的珠状光刻胶在基片边缘聚集而形成的胶膜不平整现象:通过环绕在方形卡盘四周的四个E型卡盘的中部上平面,延伸扩展了基片的表面区域,使得边缘珠状光刻胶聚集效应出现在延伸的卡盘上,保证了目标基片上光刻胶胶膜的平整度。
(2)、能够消除过大的离心力导致的脱离基片后形成的细小纤维丝状光刻胶在基片表面的再附着而形成的凹坑现象:通过E型卡盘的最上部捕获离开基片表面的光刻胶,从而阻止了它们在空气中吸附空气静电形成的纤维丝状光刻胶在基片表面的再次附着。
(3)、可兼容大范围厚度的基片旋涂的应用:通过调节支撑台上的铆钉实现其沿旋转轴上下移动,从而可承载不同厚度的基片。
(4)、可兼容不同尺寸的基片旋涂的应用:通过调节E型卡盘下部的铆钉实现其沿支撑台水平移动,从而使中心的方形卡盘承载不同尺寸的基片。
附图说明
图1是本实用新型的剖面结构示意图。
图2为四个E型卡盘的俯视图。
图3为普通卡盘旋涂粘稠光刻胶时边缘效应的示意图。
图4为本实用新型用于旋涂粘稠光刻胶的效果示意图。
具体实施方式
如图1所示,一种用于旋涂粘稠光刻胶的旋涂仪卡盘系统,包括有支撑卡盘1、中空的旋转轴3,支撑卡盘1通过中心通孔安装在旋转轴3上,旋转轴3顶端设置有吸盘4,吸盘4中心设置有与旋转轴内连通的小通孔,支撑卡盘1顶面还设置有四个E型卡盘5,每个E型卡盘5的竖向剖面为E字形,四个E型卡盘5在支撑卡盘1顶面呈相互矩形交错状围绕在吸盘4周围。
支撑卡盘1底面中心成型有圆凸台,支撑卡盘1中心通孔沿支撑卡盘1中心轴线方向贯通支撑卡盘1及圆凸台,支撑卡盘1通过中心通孔安装在旋转轴3上,且圆凸台与旋转轴3之间通过从圆凸台侧部螺入的铆钉2连接。
四个E型卡盘5底部分别通过铆钉6连接在支撑卡盘1顶面。
E型卡盘5的中部的上平面可调节至与方形基片的上平面在同一平面,成为基片平面的四边的延伸平面。
本实用新型包括旋转轴3、吸盘4、支撑卡盘1、E型卡盘5,所述旋转轴3内部中空,与外部的真空系统相连接;支撑卡盘1通过铆钉2与旋转轴3连接,支撑卡盘1可通过铆钉的位置变动而实现沿旋转轴3的上、下移动;吸盘4置于旋转轴3的顶端,吸盘4中心有小孔,与旋转轴3内部的轴向中空相通,并与外部的真空系统相连通,吸盘4与方形基片(图1中的虚线位置)通过大气压力实现紧密贴合;E型卡盘5环绕在方形基片(图1中的虚线位置)的四周,E型卡盘5的下部与支撑台通过铆钉6固定,并可通过铆钉实现水平移动。四个E型卡盘相互交错,它们的位置关系如图2中的俯视图所示,四周代表四个E型卡盘,所围绕的中间的空白部分为方形基片。
本实用新型的工作原理如下:
1.通过调节,可使E型卡盘5的中间部分的上平面与基片的上平面在同一平面上。当旋涂粘稠光刻胶时,由于不连续的剪切力造成的珠状光刻胶在边缘聚集,基片平面的延伸部分(即E型卡盘5的中平面)使得光刻胶旋涂的边缘效应(如图3所示)落在E型卡盘5上,因此消除了由基片边缘的不连续性造成的边缘效应。最后的旋涂效果如图4所示,珠状光刻胶在E型卡盘中部上平面的最边缘处堆积,而实际上基片边缘处无光刻胶聚集,形成了均匀光刻胶胶膜。图3和4中黑色部分为光刻胶的分布形态。
2.能够消除过大的离心力导致的脱离基片后形成的细小纤维丝状光刻胶在基片表面的再附着而形成的凹坑现象:通过E型卡盘的最上部捕获离开基片表面的光刻胶,从而阻止了它们在空气中吸附空气静电而形成纤维丝状光刻胶在基片表面的再次附着。
3.支撑卡盘1通过其下部铆钉2沿旋转轴3上、下移动和固定,若基片的厚度偏大或偏小,可以通过调节支撑卡盘1的铆钉2而调节支撑卡盘,保证基片的上平面与E型卡盘中部上平面在同一水平面上,这样就可以实现在不同厚度的基片上旋涂粘稠光刻胶。
4.四个E型卡盘5的分布相互交错,围绕在方形基片(图1中的虚线位置)的四周,若基片尺寸偏大或偏小,可以通过调节铆钉6而调节相互交错的四个E型卡盘5,从而实现不同尺寸基片旋涂光刻胶的应用。