勻膠過程介紹

 

　　一個典型的勻膠過程包括滴膠，高速旋轉(zhuǎn)以及干燥(溶劑揮發(fā))幾個步驟。

 

　　滴膠這一步把光刻膠滴注到基片表面上，高速旋轉(zhuǎn)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)滴膠和動態(tài)滴膠。

 

　　靜態(tài)滴膠就是簡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(yīng)根據(jù)光刻膠的粘度和基片的大小來確定。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(zhuǎn)階段整個基片上都涂到膠。

 

　　動態(tài)滴膠方式是在基片低速（通常在500轉(zhuǎn)/分左右）旋轉(zhuǎn)的同時進(jìn)行滴膠，“動態(tài)”的作用是讓光刻膠容易在基片上鋪展開，減少光刻膠的浪費，采用動態(tài)滴膠不需要很多光刻膠就能潤濕（鋪展覆蓋）整個基片表面。尤其是當(dāng)光刻膠或基片本身潤濕性不好的情況下，動態(tài)滴膠尤其適用，不會產(chǎn)生針孔。滴膠之后，下一步是高速旋轉(zhuǎn)。使光刻膠層變薄達(dá)到最終要求的膜厚，這個階段的轉(zhuǎn)速一般在1500-6000轉(zhuǎn)/分，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)的時間可以從10秒到幾分鐘。勻膠的轉(zhuǎn)速以及勻膠時間往往能決定最終膠膜的厚度。

 

　　一般來說，勻膠轉(zhuǎn)速快，時間長，膜厚就薄。影響勻膠過程的可變因素很多，這些因素在勻膠時往往相互抵銷并趨于平衡。所以最好給予勻膠過程以足夠的時間，讓諸多影響因素達(dá)到平衡。勻膠工藝中最重要的一個因素就是可重復(fù)性。微細(xì)的工藝參數(shù)變化會帶來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(zhuǎn)速度:

 

　　勻膠轉(zhuǎn)速是勻膠過程中最重要的因素?；霓D(zhuǎn)速（rpm）不僅影響到作用于光刻膠的離心力，而且還關(guān)系到緊挨著基片表面空氣的特有湍動和基片與空氣的相對運動速度。光刻膠的最終膜厚通常都由勻膠轉(zhuǎn)速所決定。尤其在高速旋轉(zhuǎn)這個階段，轉(zhuǎn)速±50rpm這樣微小變化就能造成最終膜厚產(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(jié)果。隨著光刻膠中溶劑不斷揮發(fā)，粘度越來越大，直到基片旋轉(zhuǎn)作用于光刻膠的離心力不再能使光刻膠在基片表面移動。到這個點上，膠膜厚度不會隨勻膠時間延長而變薄。

 

　　加速度

 

　　勻膠過程中基片的加速度也會對膠膜的性能產(chǎn)生影響。因為在基片旋轉(zhuǎn)的第一階段，光刻膠就開始干燥（溶劑揮發(fā)）了。所以精確控制加速度很重要。在一些勻膠過程中，光刻膠中50%的溶劑就在勻膠過程開始的幾秒鐘內(nèi)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)由前面工序留下來的精細(xì)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）,這個扭力使光刻膠在已有圖形的周圍散開，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。

 

　　排風(fēng)

 

　　所有勻膠過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程中基片周圍的空氣狀況。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，也受周圍環(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。勻膠的時候，減小基片上面的空氣的流動，以及因空氣流動引起的湍流（turbulence），或者至少保持穩(wěn)定也是十分重要的。

 

　　不希望有的隨機湍流的目的。這個系統(tǒng)有兩大明顯的優(yōu)點：勻膠時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)）速率較慢帶來的好處是膠面膜厚均勻性好。勻膠時，在光刻膠被甩向基片邊緣的同時，由于溶劑揮發(fā)，光刻膠也同時得以干燥。這樣會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。通過降低溶劑揮發(fā)速度就有可能使整個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)的最終膜厚也受到環(huán)境濕度的影響,相對濕度僅僅幾個百分點的變化卻可造成膜厚很大的變化。在一個“密閉碗”中勻膠，光刻膠中溶劑揮發(fā)，其蒸氣被留在碗內(nèi)，這樣掩蓋了較小的濕度變化所造成的影響。當(dāng)勻膠過程結(jié)束的時候，打開排風(fēng)罩取出基片，保持充分排風(fēng)，排盡溶劑蒸氣。

 

　　“密閉碗”設(shè)計的另一個優(yōu)點是膠膜質(zhì)量對基片周圍空氣流的變化的敏感性降低。比如說，在一個有代表性的凈化室內(nèi)，總有一個自上而下的穩(wěn)定的空氣垂直層流，其流速大約每分鐘100英尺（相當(dāng)于30米/分）。有多方面的因素影響這股空氣流的局部質(zhì)量。常見的問題是擾動（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。用一個表面光滑的蓋子把“碗”蓋起來就消除了由于操作人員和其他設(shè)備的存在而造成的環(huán)境變化和氣流的擾動.

 

　　勻膠工藝數(shù)據(jù)圖表

 

　　各種過程參數(shù)對勻膠結(jié)果影響的一般趨勢。就大多數(shù)光刻膠而言，最終膜厚與勻膠速度和勻膠時間成反比。如果排風(fēng)量太大，由于空氣擾動（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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