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勻膠機旋涂?jì)x工作原理

更新時(shí)間:2018-08-14  |  點(diǎn)擊率:7088

勻膠過(guò)程介紹

一個(gè)典型的勻膠過(guò)程包括滴膠,高速旋轉以及干燥(溶劑揮發(fā))幾個(gè)步驟。滴膠這一步把光刻膠滴注到基片表面上,高速旋轉把光刻膠鋪展到基片上形成簿層,干燥這一步除去膠層中多余的溶劑。兩種常用的滴膠方式是靜態(tài)滴膠和動(dòng)態(tài)滴膠。

靜態(tài)滴膠就是簡(jiǎn)單地把光刻膠滴注到靜止的基片表面的中心,滴膠量為1-10ml不等。滴膠的多少應根據光刻膠的粘度和基片的大小來(lái)確定。粘度比較高或基片比較大,往往需要滴較多的膠,以保證在高速旋轉階段整個(gè)基片上都涂到膠。

動(dòng)態(tài)滴膠方式是在基片低速(通常在500轉/分左右)旋轉的同時(shí)進(jìn)行滴膠,“動(dòng)態(tài)”的作用是讓光刻膠容易在基片上鋪展開(kāi),減少光刻膠的浪費,采用動(dòng)態(tài)滴膠不需要很多光刻膠就能潤濕(鋪展覆蓋)整個(gè)基片表面。尤其是當光刻膠或基片本身潤濕性不好的情況下,動(dòng)態(tài)滴膠尤其適用,不會(huì )產(chǎn)生針孔。滴膠之后,下一步是高速旋轉。使光刻膠層變薄達到要求的膜厚,這個(gè)階段的轉速一般在1500-6000轉/分,轉速的選定同樣要看光刻膠的性能(包括粘度,溶劑揮發(fā)速度,固體含量以及表面張力等)以及基片的大小??焖傩D的時(shí)間可以從10秒到幾分鐘。勻膠的轉速以及勻膠時(shí)間往往能決定膠膜的厚度。

 一般來(lái)說(shuō),勻膠轉速快,時(shí)間長(cháng),膜厚就薄。影響勻膠過(guò)程的可變因素很多,這些因素在勻膠時(shí)往往相互抵銷(xiāo)并趨于平衡。所以應給予勻膠過(guò)程以足夠的時(shí)間,讓諸多影響因素達到平衡。勻膠工藝中重要的一個(gè)因素就是可重復性。微細的工藝參數變化會(huì )帶來(lái)薄膜特性巨大的差異,下面對一些可變的因素進(jìn)行分析:

旋轉速度

     勻膠轉速是勻膠過(guò)程中重要的因素?;霓D速(rpm)不僅影響到作用于光刻膠的離心力,而且還關(guān)系到緊挨著(zhù)基片表面空氣的*湍動(dòng)和基片與空氣的相對運動(dòng)速度。光刻膠的膜厚通常都由勻膠轉速所決定。尤其在高速旋轉這個(gè)階段,轉速±50rpm這樣微小變化就能造成膜厚產(chǎn)生10%的偏差。
         膜厚在很大程度上是作用于液體光刻膠上﹑方向朝基片邊緣的剪刀力與影響光刻膠粘度的干燥(溶劑揮發(fā))速率之間平衡的結果。隨著(zhù)光刻膠中溶劑不斷揮發(fā),粘度越來(lái)越大,直到基片旋轉作用于光刻膠的離心力不再能使光刻膠在基片表面移動(dòng)。到這個(gè)點(diǎn)上,膠膜厚度不會(huì )隨勻膠時(shí)間延長(cháng)而變薄。所有順諾(上海)貿易有限公司的勻膠機規格要求在量程范圍內無(wú)論選擇哪個(gè)速度勻膠轉速偏差不大于±1rpm。而通常實(shí)際偏差是±0.2rpm。而且,所有的控制程序和轉速顯示的分辨能力都是1rpm。

加速度

        勻膠過(guò)程中基片的加速度也會(huì )對膠膜的性能產(chǎn)生影響。因為在基片旋轉的階段,光刻膠就開(kāi)始干燥(溶劑揮發(fā))了。所以控制加速度很重要。在一些勻膠過(guò)程中,光刻膠中50%的溶劑就在勻膠過(guò)程開(kāi)始的幾秒鐘內揮發(fā)掉了。在已經(jīng)光刻有圖形的基片上勻膠,加速度對膠膜質(zhì)量同樣起重要作用。在許多情況下,基片上已經(jīng)由前面工序留下來(lái)的精細圖形。因此,在這樣的基片上穿越這些圖形均勻涂膠是重要的。勻膠過(guò)程總是對光刻膠產(chǎn)生離心力,而恰恰是加速度對光刻膠產(chǎn)生扭力(twisting force),這個(gè)扭力使光刻膠在已有圖形的周?chē)㈤_(kāi),這樣就可能以另一種方式用光刻膠覆蓋基片上有圖形的部分。順諾(上海)貿易有限公司勻膠機的加速度可以設定,精度1rpm/秒。在操作時(shí),電機以線(xiàn)性躍升加速(或減速)到勻膠速度。

排風(fēng)
          所有勻膠過(guò)程中光刻膠的干燥速度不僅取決于光刻膠的自身性質(zhì)(如所用溶劑體系的揮發(fā)性),而且還取決于勻膠過(guò)程中基片周?chē)目諝鉅顩r。一塊濕布在干燥有風(fēng)的日子干得快,而在潮濕氣候條件下干得慢。光刻膠的干燥速度與此相似,也受周?chē)h(huán)境條件的影響。大家都知道,像空氣溫度、濕度這樣的因素對決定膠膜性質(zhì)有重要的作用。勻膠的時(shí)候,減小基片上面的空氣的流動(dòng),以及因空氣流動(dòng)引起的湍流(turbulence),或者至少保持穩定也是十分重要的。所有順諾(上海)貿易有限公司勻膠機都采用“密閉碗”設計。盡管密閉碗實(shí)際上并非*是一個(gè)密不透氣的環(huán)境,在勻膠過(guò)程中排風(fēng)罩能讓很小的氣流通過(guò),與位于勻膠臺旋轉頭(吸盤(pán))下面的底部排氣口想配合,排風(fēng)罩成為一個(gè)排風(fēng)系統的通道,以達到減小

 

不希望有的隨機湍流的目的。這個(gè)系統有兩大明顯的優(yōu)點(diǎn):勻膠時(shí)光刻膠的干燥速度慢,對環(huán)境濕度的敏感性小。干燥(溶劑揮發(fā))速率較慢帶來(lái)的好處是膠面膜厚均勻性好。勻膠時(shí),在光刻膠被甩向基片邊緣的同時(shí),由于溶劑揮發(fā),光刻膠也同時(shí)得以干燥。這樣會(huì )造成光刻膠膜厚沿徑向不均勻。因為光刻膠的粘度隨基片中心到邊緣的距離發(fā)生了變化。通過(guò)降低溶劑揮發(fā)速度就有可能使整個(gè)基片表面上光刻膠的粘度保持比較恒定。         干燥速度以及與其相關(guān)的膜厚也受到環(huán)境濕度的影響,相對濕度僅僅幾個(gè)百分點(diǎn)的變化卻可造成膜厚很大的變化。在一個(gè)“密閉碗”中勻膠,光刻膠中溶劑揮發(fā),其蒸氣被留在碗內,這樣掩蓋了較小的濕度變化所造成的影響。當勻膠過(guò)程結束的時(shí)候,打開(kāi)排風(fēng)罩取出基片,保持充分排風(fēng),排盡溶劑蒸氣。

 

“密閉碗”設計的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是膠膜質(zhì)量對基片周?chē)諝饬鞯淖兓拿舾行越档?。比如說(shuō),在一個(gè)有代表性的凈化室內,總有一個(gè)自上而下的穩定的空氣垂直層流,其流速大約每分鐘100英尺(相當于30米/分)。有多方面的因素影響這股空氣流的局部質(zhì)量。常見(jiàn)的問(wèn)題是擾動(dòng)(湍流)和渦流(eddy  current)。而環(huán)境的微小變化能造成向下氣流的劇烈改變。用一個(gè)表面光滑的蓋子把“碗”蓋起來(lái)就消除了由于操作人員和其他設備的存在而造成的環(huán)境變化和氣流的擾動(dòng).

勻膠工藝數據圖表

  下面四張圖代表了各種過(guò)程參數對勻膠結果影響的一般趨勢。就大多數光刻膠而言,膜厚與勻膠速度和勻膠時(shí)間成反比。如果排風(fēng)量太大,由于空氣擾動(dòng)(湍流)造成膠膜的不均勻干燥,但膜厚還是與排風(fēng)量在一定程度上成正比。

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勻膠工藝常見(jiàn)問(wèn)題

問(wèn)題1:表面出現氣泡
可能原因:滴膠時(shí)膠中帶有氣泡
噴嘴切口有問(wèn)題或帶刺

問(wèn)題2:四周呈現放射狀條紋
可能原因:
膠液噴射速度過(guò)高
設備排氣速度過(guò)高
膠涂覆前靜止時(shí)間過(guò)長(cháng)
勻膠機轉速或加速度設置過(guò)高
片子表片留有小顆粒
膠中有顆粒

問(wèn)題3:中心出現漩渦圖案
可能原因:
設備排氣速度過(guò)高
噴膠時(shí)膠液偏離襯底中心
旋圖時(shí)間過(guò)長(cháng)
加速度過(guò)高

問(wèn)題4:中心出現圓暈
可能原因:
不合適的托盤(pán),
噴嘴偏離襯底中心

問(wèn)題5:膠液未涂滿(mǎn)襯底               
可能原因:               
給膠量不足           
不合適的勻膠加速度

問(wèn)題6:出現針孔現象
可能原因:
空氣中粉塵
光刻膠內存在顆?;驓馀?br />襯底上存在顆粒

 

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