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2.8 匀胶显影一体机

为适应大规模生产,供应商生产出了整合了HMDS气相成膜、匀胶、软烘、PEB、显影和坚膜等功能的匀胶显影一体机,它具备以下优势。

(1)提高生产效率:一体机的整合设计使得工艺流程更加紧凑和连续,减少了样品的处理时间和设备转换时间,从而提高了生产效率。此外,更高级别的一体机可与曝光设备互连,实现更高级别的机械化联动,其生产效率可进一步提升。

(2)降低人力成本:一体机的自动化操作和连续加工流程减少了人为操作的需求,降低了人力成本和操作误差的风险。

(3)一致性和稳定性:通过一致的工艺参数和自动化控制,一体机可以实现对每个样品的一致性处理,提供更加稳定和可靠的工艺结果。

(4)节约空间:一体机整合了多个步骤,减少了设备的占用空间,特别适用于空间有限的生产环境。

(5)简化操作和管理:一体机集成了多个步骤,简化了操作流程和设备管理,降低了设备配置和操作的复杂性。

匀胶显影一体机的整合设计为大规模生产提供了优势,它能够提高生产效率、降低成本、具备一致性和稳定性,并节约空间和简化操作流程。这种设备广泛应用于工业生产中,特别是对产品质量和产能要求较高的场景。

2.8.1 工作原理

晶圆在机械手的抓取下,沿着固定的U形路径从一个操作站(如匀胶、烘焙、显影等)移动到另一个站,因此匀胶显影一体机被称为轨道机(track)。现代一体机则通过机械手将晶圆递送进不同的腔室中,类似旅馆的各个房间,还可以有不同的“楼层”,并没有沿着轨道行进的感觉。

轨道机的主要子系统包括匀胶、显影(develop)、冷/热板(chill/hot plate)、晶圆传输/暂存(wafer transport/buffering)、供/排化学品(chemical supply/drain)、通信(communication)子系统。

根据是否与光刻机联机,可以将轨道机分为非联机(offline)设备和联机(inline)设备。

(1)非联机设备:不与光刻机联机作业。主要包括前道底部抗反射层(bottom anti-reflection coating,BARC)匀胶机和聚酰亚胺(polyimide film,PI)匀胶显影机。BARC匀胶机主要用于前道制程中光刻胶旋涂前的抗反射层旋涂,而PI匀胶显影机用于集成电路制造中晶圆加工环节的PI旋涂。

(2)联机设备:与光刻机联机作业。根据光刻工艺的曝光光源波长分类,光源波长越短,光刻机分辨率越高,制程工艺越先进。联机设备按照I线、KrF、ArF和ArFi的工艺发展路线进行演进。

图2-40为C&D SEMI(美国)制造的型号为P8000的匀胶显影一体机的实物照片。与对产能无要求的需求相比,该类设备仅针对晶圆级样品的处理,包括4 in、6 in、8 in和12 in标准晶圆。

读者可通过扫描图2-40旁的二维码观看具体的操作流程视频。

图2-40 型号为P8000的匀胶显影一体机

2.8.2 厂务动力配套要求

要确保匀胶显影一体机能够稳定有效地运行,除了超净室必备的洁净度、温湿度、黄光、电力供应外,还需要配套的厂务动力设施主要如下。

(1)精确的温度控制系统:为了在匀胶和显影过程中获得最佳效果,需要精确控制工作环境的温度。这通常涉及高精度的空调系统。

(2)高效的气体过滤系统:以确保空气中不含有损害光刻胶或干扰显影过程的有害气体。同时,对于某些过程可能需要纯净的N 2 或其他气体的直接供应。

(3)震动控制系统:尽管匀胶和显影过程对震动的敏感度不及其他设备(如光刻机),但为保证设备稳定运行和工艺质量,仍需一定程度的震动控制或隔离。

(4)特殊废弃物处理系统:处理光刻过程中产生的化学废料,比如废溶剂和废光刻胶等,确保环保和安全。

(5)稳定清洁的水源供应:高纯度的水对于某些显影工艺非常关键,因此,匀胶显影一体机通常需要接入超纯水系统。

(6)化学品分配与储存系统:为了保证匀胶和显影过程中化学品的准确使用和安全储存,需要配备专业的化学品分配系统和安全存储设施。

(7)排风系统:在显影过程中,为了维持操作区域的安全和舒适,以及防止有害气体累积,需要高效的排风系统。

(8)电源稳定与UPS:高稳定性的电源供应对于保持设备稳定运行至关重要,而UPS可以在断电事件中保持设备至关重要部分的暂时运行。

匀胶显影一体机所需的厂务动力条件实物举例如图2-41所示。

图2-41 匀胶显影一体机所需的厂务动力条件实物举例

(a)真空泵;(b)废液回收系统;(c)纯水及厂务水供应系统;(d)高纯气体(CDA和N 2 );(e)独立排风装置。

2.8.3 匀胶显影一体机的国际市场

目前,后道先进封装环节大多仅使用非联机设备;而在前道晶圆加工环节中,通常非联机和联机设备搭配使用,并且根据不同的工艺制程,设备配置也有所不同。

匀胶显影一体机的主要厂商有两家:东京电子和迪恩士。全球来看,东京电子在匀胶显影设备市场占有主导地位,2023年其市场份额达到90%。尽管东京电子在匀胶显影一体机领域的壁垒极高,但以芯源微为代表的中国设备厂商正加速追赶。其工艺水平与产品性能日益完善,中国前道匀胶显影的市场份额有望持续提升。 FFbjIyIEk8TVcii13anIg6Cq/9wubKu1+jrRjCJsDPzhwczuIDpvIcNO8pz4HZFC

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