匀胶机胶嘴结晶问题分析

在半导体工业中，匀胶设备中有一个重要组成部分：光刻胶供应系统。其主要作用是将光刻胶定量地喷涂到晶片上，使其旋转，在晶片表面形成一层厚度均匀的光刻胶。光刻胶主要由树脂、感光剂和溶剂三部分组成，其中的溶剂作用是溶解固体树脂和感光剂，使光刻胶处于液体状态，以便通过旋涂的方式涂覆晶圆表面。溶剂容易挥发，暴露在空气中就会挥发，使用光刻胶结晶。

晶化后的光刻胶会影响匀胶工艺，产生各种匀胶缺陷，同时结晶后的光刻胶会破坏表面张力，导致光刻胶滴落，严重的可能导致胶管中所有光刻胶滴落。用于晶片后道封装的匀胶设备所使用的光刻胶粘度非常高，一般在1000~3000CP之间，如HD4100、JSR151等。因为光刻胶有较大的粘度，更易在喷嘴上形成结晶。前道工艺机台不能用于高级封装，因为先进封装所用的机台不能用于前道工艺机台。

现有后道封装匀胶机多数不具备专用的喷嘴清洁保湿功能，喷嘴主要依靠定时喷淋光刻胶(Dummy功能)来维持胶嘴的状态。Dummy功能对高粘度的光刻胶的作用是有限的，如果喷嘴长时间不使用，在重新使用时还需要人工清洗，因此迫切需要解决胶嘴结晶问题。

要解决光刻胶喷嘴的结晶问题，可考虑两个解决办法：一是喷嘴定时喷胶功能，二是喷嘴保湿功能。现在机台具有的Dummy功能主要有两个方面：一是Dummy在芯片开始批量处理之前(即在Lot处理之前)进行Dummy，以排出光刻胶喷嘴上凝结的光刻胶。根据使用的光刻胶特性，编辑配方设置每次吐胶次数和吐出时间，第二种是定时Dummy，也就是每隔一段时间做一次Dummy，间隔时间也可以通过编辑配方来设置。

软件开始计数Dummy时间，当机台空闲时，当时间到达设定值时刻刻胶喷嘴开始吐胶，其吐胶量和时间也按配方设定值来执行。在制作Dummy程序之前，软件需要进行互锁检测，确保光刻胶喷头位于光刻胶接盒的上面，避免光刻胶滴到其它位置。匀胶机工作台的光刻胶臂可配置多路光刻胶喷嘴，对于胶臂上有两个以上喷嘴的机台，当一个喷嘴工作其余喷嘴空闲时，对于空闲喷嘴的Dummy需要等到机台空闲时才能执行。

这可能带来一个问题，当机台运行时，空闲喷嘴不能进行定时Dummy过程，长时间无Dummy动作后，喷嘴结晶，导致光刻胶滴落。与此同时，由于机台总是处理晶片，很可能光刻胶在吐胶过程中滴落到晶片上，造成两种光刻胶的旋涂，从而产生工艺缺陷，而且该工艺缺陷不能在光刻流程中有效识别，最终会导致晶片报废，因此危害极大。这一问题的实质是软件调度和算法的问题，即当机台上的匀胶单元处理晶片时，匀胶单元的运动是连续的，只有在出现故障报警时，才会中断，以保证过程的稳定性和一致性。因此，从效率和安全角度考虑，不会中断工艺流程，让空闲喷嘴进行Dummy操作。

在半导体前道工艺生产线上使用的匀胶机台面也会有许多喷嘴，但其喷嘴并没有全部固定在胶臂上，当需要使用某一种喷嘴时胶臂会夹取该喷嘴，其余的喷嘴会安装在一个固定位置上，因此前道所用的匀胶机可以有效地完成定时Dummy功能。由以上分析可知，机台Dummy功能只能部分适用，不能有效解决喷嘴结晶问题。

第二方案是增加喷嘴保湿功能以解决结晶问题。它的基本原理是在相当封闭的空间中，利用溶剂的挥发性，在喷嘴周围的封闭空间达到溶剂的饱和蒸汽压，形成相对湿润的环境，延缓或避免喷嘴产生结晶，见图1。润湿效果主要考虑三个方面的因素：1)选择溶剂的种类，主要是溶剂的挥发性、成本、通用性等；2)喷嘴所处空间需要相对封闭，需要设计合适的封闭空间；(3)溶剂储存空间的容量以及溶剂与空气接触的面积。