瑞士 SAWATEC 半自动旋涂匀胶机 SM-150 适配6英寸晶圆 用于电子束光刻

‍电子束光刻是微纳器件、光子芯片、量子器件研发的核心工艺，电子束胶薄膜的厚度均匀性、表面状态直接决定纳米图形曝光精度。瑞士 SAWATEC SM-150 为洁净实验室研发型旋涂模块，支持最大 6 英寸（150 mm）晶圆与异形小片样品，依靠高精度伺服驱动、分段可编程工艺与灵活的卡盘体系，适配 PMMA、ZEP、CSAR、HSQ 等主流电子束胶旋涂，是国际多家微纳共享平台电子束光刻工序的匀胶设备。设备分为台式与嵌入式两种结构，可搭配 HP-150 热板组成一体化旋涂烘胶单元，满足科研制样、小批量试产的稳定涂胶需求。

一、引言

电子束光刻依靠高能电子束直写实现亚百纳米甚至几十纳米图形，相比紫外光刻，对光刻胶膜厚一致性、膜面缺陷控制要求严苛。电子束胶大多固含量低、溶剂挥发速率敏感，旋涂过程中转速波动、加减速不稳定、气流扰动都会造成膜厚偏差、针孔、彗星缺陷，影响曝光对比度与图形线宽控制。
量产线全自动 Track 设备成本高、灵活性不足，不适合多胶种、多规格样品频繁切换的研发场景。SAWATEC SM-150 半自动旋涂匀胶机定位研发型涂胶设备，兼顾薄膜均匀性与使用灵活性，专为微纳加工平台电子束光刻工艺开发，兼顾 6 英寸标准晶圆与碎片、方片、小尺寸衬底的制样需求。

二、设备核心技术特性

SM-150 采用高精度交流伺服主轴系统，转速区间 0～10000 rpm，转速控制精度 ±1 rpm，动态响应快，0 至 10000 rpm 加速时间约 1 s，减速过程可控，能够稳定复现电子束胶旋涂的成膜动力学过程，减少溶剂挥发差异带来的膜厚波动。

系统内置 50 组独立工艺配方，每组配方支持最多 24 段工艺分段，转速、加速度、保压时间、旋转方向均可独立设定，可针对不同粘度电子束胶建立专属工艺曲线。低粘度 HSQ、CSAR 与高粘度 ZEP、PMMA 可分别存储配方，操作人员一键调用，保障多用户使用下工艺一致性。

样品采用真空吸盘固定，卡盘支持免工具快速更换，标配卡盘覆盖 1 英寸、2 英寸、4 英寸、6 英寸晶圆以及小芯片样品，兼容 127×127 mm（5×5 英寸）方片衬底，适配硅片、氮化硅、铌酸锂、熔融石英等多种电子束光刻常用基底。设备腔体配备可拆式保护溅碗，胶液废液集中收集，降低腔体拆解清洁频次，减少交叉污染风险，适合开放共享平台多胶种轮换使用。

三、在电子束光刻工艺中的应用优势

电子束光刻工序中，匀胶是曝光前首道关键制程，SM-150 的优势集中体现在电子束胶成膜控制层面。

第一，适配主流电子束负胶、正胶，包含 PMMA、ZEP、CSAR、HSQ、FOX、Electra92 等，也是 EPFL、米兰理工等微纳中心电子束区域选用的匀胶机型，长期用于纳米光栅、光子晶体、量子器件、纳米电极样品制备。针对低粘度无机电子束胶 HSQ，可通过控制供胶量、分段旋涂降低背面污染与彗星缺陷。

第二，样品兼容能力强。电子束光刻研发经常使用切割后的小片、不规则衬底，不必局限于整片 6 英寸晶圆，快速换卡盘可在几分钟内完成样品规格切换，无需长时间停机调试，适配高校、科研院所多课题并行制样模式。

第三，适合低形貌平整衬底。设备设计面向表面无高深宽比结构的基板旋涂，旋涂后薄膜边缘爬升、积液可控，薄膜表面颗粒少，降低电子束曝光时散射效应带来的线宽畸变风险。

第四，洁净环境适配性好。整机不锈钢主体，结构简洁无藏污死角，可放置在超净台内，紧凑台式版本也支持在惰性手套箱内布置，用于对水汽、氧气敏感的新型电子束材料、有机光刻胶薄膜制备。

四、典型工艺流程简述

在电子束光刻标准流程中，SM-150 工作链路如下：衬底清洗→HMDS 增粘处理（可选）→样品真空吸附定位→电子束胶滴加→调用预设旋涂配方分段旋涂→溶剂挥发成膜→样品转移至配套 HP-150 热板软烘→冷却后送入电子束曝光机。
同一种胶、同一转速配方下，膜厚重复性稳定，便于工艺人员建立膜厚 - 转速标定曲线，形成标准化 SOP，降低不同操作人员带来的人为误差。

五、适用边界说明

SM-150 属于研发型半自动旋涂设备，适合微纳实验室、公共微纳平台、企业研发中心样品制备、小试研发；不适用于表面带有高深宽比沟槽、大台阶结构的样品，这类衬底旋涂易出现积液、薄膜不均；同时不适合 200 mm 及以上晶圆连续量产场景，量产需求应选用全自动光刻 Track 系统。

六、结语

随着纳米光子、量子传感、第三代半导体器件研发持续推进，电子束光刻制样需求持续增长，对匀胶设备提出兼顾精度与灵活性的要求。瑞士 SAWATEC SM-150 以 6 英寸晶圆为主、兼容小片样品，依托高精度伺服、可编程多段工艺、模块化扩展能力，匹配电子束光刻胶旋涂工艺痛点。设备兼顾易用性、可维护性与工艺稳定性，是微纳加工平台电子束光刻单元合适的匀胶方案，支撑从光刻胶成膜到纳米图形直写的整套研发工艺落地。