勻膠機(jī)膠嘴結(jié)晶問題分析
在半導(dǎo)體工業(yè)中,勻膠設(shè)備中有一個(gè)重要組成部分:光刻膠供應(yīng)系統(tǒng)。其主要作用是將光刻膠定量地噴涂到晶片上,使其旋轉(zhuǎn),在晶片表面形成一層厚度均勻的光刻膠。光刻膠主要由樹脂、感光劑和溶劑三部分組成,其中的溶劑作用是溶解固體樹脂和感光劑,使光刻膠處于液體狀態(tài),以便通過旋涂的方式涂覆晶圓表面。溶劑容易揮發(fā),暴露在空氣中就會揮發(fā),使用光刻膠結(jié)晶。
晶化后的光刻膠會影響勻膠工藝,產(chǎn)生各種勻膠缺陷,同時(shí)結(jié)晶后的光刻膠會破壞表面張力,導(dǎo)致光刻膠滴落,嚴(yán)重的可能導(dǎo)致膠管中所有光刻膠滴落。用于晶片后道封裝的勻膠設(shè)備所使用的光刻膠粘度非常高,一般在1000~3000CP之間,如HD4100、JSR151等。因?yàn)楣饪棠z有較大的粘度,更易在噴嘴上形成結(jié)晶。前道工藝機(jī)臺不能用于高級封裝,因?yàn)橄冗M(jìn)封裝所用的機(jī)臺不能用于前道工藝機(jī)臺。
現(xiàn)有后道封裝勻膠機(jī)多數(shù)不具備專用的噴嘴清潔保濕功能,噴嘴主要依靠定時(shí)噴淋光刻膠(Dummy功能)來維持膠嘴的狀態(tài)。Dummy功能對高粘度的光刻膠的作用是有限的,如果噴嘴長時(shí)間不使用,在重新使用時(shí)還需要人工清洗,因此迫切需要解決膠嘴結(jié)晶問題。
要解決光刻膠噴嘴的結(jié)晶問題,可考慮兩個(gè)解決辦法:一是噴嘴定時(shí)噴膠功能,二是噴嘴保濕功能?,F(xiàn)在機(jī)臺具有的Dummy功能主要有兩個(gè)方面:一是Dummy在芯片開始批量處理之前(即在Lot處理之前)進(jìn)行Dummy,以排出光刻膠噴嘴上凝結(jié)的光刻膠。根據(jù)使用的光刻膠特性,編輯配方設(shè)置每次吐膠次數(shù)和吐出時(shí)間,第二種是定時(shí)Dummy,也就是每隔一段時(shí)間做一次Dummy,間隔時(shí)間也可以通過編輯配方來設(shè)置。
軟件開始計(jì)數(shù)Dummy時(shí)間,當(dāng)機(jī)臺空閑時(shí),當(dāng)時(shí)間到達(dá)設(shè)定值時(shí)刻刻膠噴嘴開始吐膠,其吐膠量和時(shí)間也按配方設(shè)定值來執(zhí)行。在制作Dummy程序之前,軟件需要進(jìn)行互鎖檢測,確保光刻膠噴頭位于光刻膠接盒的上面,避免光刻膠滴到其它位置。勻膠機(jī)工作臺的光刻膠臂可配置多路光刻膠噴嘴,對于膠臂上有兩個(gè)以上噴嘴的機(jī)臺,當(dāng)一個(gè)噴嘴工作其余噴嘴空閑時(shí),對于空閑噴嘴的Dummy需要等到機(jī)臺空閑時(shí)才能執(zhí)行。
這可能帶來一個(gè)問題,當(dāng)機(jī)臺運(yùn)行時(shí),空閑噴嘴不能進(jìn)行定時(shí)Dummy過程,長時(shí)間無Dummy動(dòng)作后,噴嘴結(jié)晶,導(dǎo)致光刻膠滴落。與此同時(shí),由于機(jī)臺總是處理晶片,很可能光刻膠在吐膠過程中滴落到晶片上,造成兩種光刻膠的旋涂,從而產(chǎn)生工藝缺陷,而且該工藝缺陷不能在光刻流程中有效識別,最終會導(dǎo)致晶片報(bào)廢,因此危害極大。這一問題的實(shí)質(zhì)是軟件調(diào)度和算法的問題,即當(dāng)機(jī)臺上的勻膠單元處理晶片時(shí),勻膠單元的運(yùn)動(dòng)是連續(xù)的,只有在出現(xiàn)故障報(bào)警時(shí),才會中斷,以保證過程的穩(wěn)定性和一致性。因此,從效率和安全角度考慮,不會中斷工藝流程,讓空閑噴嘴進(jìn)行Dummy操作。
在半導(dǎo)體前道工藝生產(chǎn)線上使用的勻膠機(jī)臺面也會有許多噴嘴,但其噴嘴并沒有全部固定在膠臂上,當(dāng)需要使用某一種噴嘴時(shí)膠臂會夾取該噴嘴,其余的噴嘴會安裝在一個(gè)固定位置上,因此前道所用的勻膠機(jī)可以有效地完成定時(shí)Dummy功能。由以上分析可知,機(jī)臺Dummy功能只能部分適用,不能有效解決噴嘴結(jié)晶問題。
第二方案是增加噴嘴保濕功能以解決結(jié)晶問題。它的基本原理是在相當(dāng)封閉的空間中,利用溶劑的揮發(fā)性,在噴嘴周圍的封閉空間達(dá)到溶劑的飽和蒸汽壓,形成相對濕潤的環(huán)境,延緩或避免噴嘴產(chǎn)生結(jié)晶,見圖1。潤濕效果主要考慮三個(gè)方面的因素:1)選擇溶劑的種類,主要是溶劑的揮發(fā)性、成本、通用性等;2)噴嘴所處空間需要相對封閉,需要設(shè)計(jì)合適的封閉空間;(3)溶劑儲存空間的容量以及溶劑與空氣接觸的面積。
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