匀胶机

科普中国-科学百科 2018-02-22

　　匀胶机是在高速旋转的基片上，滴注各类胶液，利用离心力使滴在基片上的胶液均匀地涂覆在基片上的设备，膜的厚度取决于匀胶机的转速和溶胶的黏度。1

　　概述

　　该设备主要用于晶片涂光刻胶，有自动、手动和半自动三种工作方式。

　　送片盒中的晶片，自动送到承片台上，用真空吸附，在主轴电机的带动下旋转，转速100—9900转/分（±10转/分），起动加速度可调。每道程序的持续时间，转速、加速度、烘烤温度、烘烤时间、预烘时间等工艺参数均可通过编程控制。

　　匀胶机有一个或多个滴胶系统，可涂不同品种的光刻胶。滴胶的方式有晶片静止或旋转滴胶。随着晶片尺寸的增大，出现了多点滴胶或胶口移动式滴胶。胶膜厚度一般在500—1000nm，同一晶片和片与片间的误差小于±5nm。滴胶泵有波纹管式和薄膜式两种，并有流量计进行恒量控制。对涂过胶的晶片有上下刮边功能，去掉晶片正反面多余的光刻胶。

　　烘烤工位，有隧道式远红外加热，微波快速加热以及电阻加热的热板炉等。涂胶后的晶片要按一定的升温速率进行烘干。烘烤过程在密封的炉子中进行，通过抽真空排除挥发出来的有害物质。前烘结束后，将晶片送入收片盒内。

　　主轴转速的稳定性和重复性是决定胶膜厚度均匀性和一致性的关键，起动加速度的大小是决定是否能将不同粘稠度的光刻胶甩开并使胶均匀的决定因素。

　　近年来的发展趋势是在自动工作方式的匀胶机中加入预涂增粘剂（HMDS）的冷板和热板工艺模块，以增强光刻胶和晶片的附着力。为了提高生产率，国外已经研制出多种工艺模块任意组合的积木式结构，有的还带有胶膜自动测量和监控装置。生产厂家有我国的西北机器厂，美国的Solitec、SVG、GCA和EATON等公司。2

　　选购技巧

　　从其原理来说，可以看出选购匀胶机需要注意的几个细节

　　旋转速度

　　转速的快慢和控制精度直接关系到旋涂层的厚度控制和膜层均匀性。如果标示的转速和电机的实际转速误差很大，对于要求精密涂覆的科研人员来说是无法获得准确的实验数据的。国产的某些匀胶机只能提供转速范围，并不能精确标定实时的转速。进口的匀胶机虽然大部分能标定转速，但是大部分转速精度没有国际标准认定。建议购买转速控制方面有国际认定标准的，比如：美国NIST标准等。

　　真空吸附系统的构造

　　真空泵一定要无油的，压力标定准确，国内生产的无油真空泵实在不敢恭维。因为任何的油污都可能堵塞真空管道，如果真空吸附力降低，会导致基片吸附不住而产生“飞片”的情况，还会让滴胶液不慎进入真空管道系统造成完全堵塞。用过国产匀胶机的客户常常会关心怎么清洗的问题，这一点许多国外的匀胶机做得不错，他们有通过联动机制，如果真空吸附力不够的时候，不会开始旋转。

　　材质的选择

　　对于半导体化工行业的应用来说，材质的选择尤为关键，大部分匀胶机采用的是不锈钢或者普通塑料材质，因为这种材质的成本很低，不锈钢的对于各类化工胶液的抗腐蚀性不太好，塑料对于较高温度和压力下易产生变形。如果这种变形引起托盘的位置失去水平的话，将会导致旋涂时，时高时低的颠簸状态。自然无法得到好的旋涂效果。例如美国等型号都是采用天然聚丙烯（NPP）或者聚四氟乙烯（特氟隆，PTFE）材质。这两种材质具备绿色环保、节约资源、重量轻、强度大、抗冲击性能好、坚固耐用、花纹自然、光泽度好等优点。

　　旋转涂覆技术

　　旋转涂覆技术所使用的设备是匀胶机。匀胶机有很多种称谓，英文叫Spin Coater或者Spin Processor，又称甩胶机、匀胶台、旋转涂胶机、旋转涂膜机、旋转涂层机、旋转涂布机、旋转薄膜机、旋转涂覆仪、旋转涂膜仪、匀膜机，总的来说，他们原理都是一样的，即在高速旋转的基片上，滴注各类胶液，利用离心力使滴在基片上的胶液均匀地涂覆在基片上，厚度视不同胶液和基片间的粘滞系数而不同，也和旋转速度及时间有关。

　　从其原理来说，匀胶机有以下两个特点。

　　（1）旋转速度

　　转速的快慢和控制精度直接关系到旋涂层的厚度控制和膜层均匀性。如果标示的转速和电机的实际转速误差很大，对于要求精密涂覆的科研人员来说是无法获得准确的实验数据的。目前转速控制方面有国际认定标准，如美国NIST标准等。

　　（2）真空吸附系统

　　真空泵一般采用无油泵，即通常说的干泵，因为任何的油污都可能堵塞真空管道，如果真空吸附力降低，会导致基片吸附不住而产生“飞片”的情况，还会让滴的胶液不慎进入真空管道系统造成完全堵塞。有的匀胶机通过联动机制，当真空吸附力不够时不会开始旋转。这样可有效避免滴的胶液不慎进入真空管道系统。

　　如右图所示为常用的一种KW-4A匀胶机。