晶圆匀胶机是半导体制造及微纳加工领域的核心设备,通过高速旋转基片并滴注胶液,利用离心力实现光刻胶、溶胶-凝胶等材料的均匀涂覆,广泛应用于晶圆、玻璃基板等样件的薄膜制备。其核心原理在于通过精确控制转速、加速度、旋涂时间等参数,结合胶液黏度与基片特性,形成厚度均匀的薄膜层,膜厚误差通常控制在±5nm以内,满足高精度工艺需求。
晶圆匀胶机其功能围绕“在晶圆表面形成均匀、可控的薄膜”展开,具体可分为以下核心功能:
一、高精度薄膜涂覆
这是匀胶机最核心的功能。通过离心力驱动的材料扩散,将液态涂覆材料(如光刻胶、聚合物、金属前驱体、绝缘层材料等)均匀覆盖在晶圆表面,形成厚度一致的薄膜。
过程原理:先将少量材料滴于晶圆中心(或指定区域),晶圆通过高速旋转(转速通常为500-6000转/分钟,部分设备可达更高)产生离心力,推动材料向边缘流动并铺开,多余材料被甩出,最终形成均匀薄膜。
精度表现:可实现纳米级到微米级的薄膜厚度控制,且晶圆表面不同区域的厚度偏差通常控制在±1%以内,满足半导体工艺对薄膜均匀性的严苛要求(如光刻胶的均匀性直接影响后续图案转移精度)。
二、薄膜厚度精准调控
通过调整工艺参数,精确控制薄膜的最终厚度,满足不同器件的设计需求:
核心参数影响:
转速:在材料粘度固定时,薄膜厚度与转速的平方根成反比(遵循“Stokes定律”衍生的离心涂覆模型),即转速越高,薄膜越薄;
旋转时间:低速阶段(如100-500转/分钟)控制材料初步铺展,确保覆盖整个晶圆;高速阶段(如1000-6000转/分钟)决定最终厚度,时间越长,材料甩出越充分,厚度越稳定;
材料特性:配合涂覆材料的粘度、固含量等参数调整,可进一步拓展厚度控制范围(如低粘度材料适合制备超薄膜,高粘度材料适合厚膜)。
三、适配多样化基板与工艺场景
基板兼容性:支持不同尺寸(2英寸、4英寸、6英寸、8英寸、12英寸等)和类型的基板,包括硅晶圆、化合物半导体(GaAs、InP)、玻璃(用于显示)、陶瓷等,通过定制化卡盘(真空吸附或机械夹持)确保旋转时稳定无偏移。
材料适应性:可处理多种涂覆材料,如光刻胶(正性、负性)、SU-8胶(用于微结构制造)、金属溶胶、绝缘树脂等,满足光刻、封装、MEMS(微机电系统)等不同工艺的需求。
四、自动化与工艺稳定性保障
自动化集成:量产型匀胶机通常搭配机械臂实现自动上料、下料,可与光刻胶涂布前的预处理(如晶圆烘烤、表面改性)和涂布后的处理(如软烘)设备联动,形成连贯生产线,提升效率并减少人工污染。
环境与参数控制:部分高d机型集成温度、湿度控制模块,避免环境因素(如湿度影响光刻胶粘度)导致的工艺波动;同时,通过程序存储功能固化优参数,确保不同批次晶圆的涂覆效果一致性,提升器件良率。
五、辅助功能优化涂覆效果
边缘bead去除(EBR):部分机型配备专用喷嘴,在匀胶后向晶圆边缘喷射溶剂,去除边缘多余的“胶珠”(避免后续工艺中边缘残胶脱落污染设备或影响图案)。
预旋转与加速控制:通过缓慢提升转速(而非瞬间高速),避免材料因离心力突变导致的分布不均,尤其适合大尺寸晶圆(如12英寸)的涂覆。
