旋涂中最重要的因素之一是可重复性

旋转涂层已被使用几十年作为施加薄膜的方法。典型的过程涉及将流体材料的小水坑沉积到基板的中心上,然后以高速(通常为3000rpm)旋转基板。向中心加速将导致大部分树脂扩散到基板的边缘,并且最终脱离基板的边缘,在表面上留下薄薄的材料薄膜。最终膜厚度和其他性能取决于流体材料的性质(粘度,干燥速率,固体,表面张力等)和选择用于旋转过程的参数。最终旋转速度,加速度和烟气排出等因素影响涂层膜的性质。旋转涂层中最重要的因素之一是可重复性,作为限定旋涂工艺的参数的微妙变化,可以导致涂覆膜中的剧烈变化。

旋转涂层工艺说明

典型的旋转过程包括将树脂流体沉积在基板表面上的分配步骤,高速旋转步骤缩小流体,以及从所得薄膜中消除过量溶剂的干燥步骤。两种常见的分配方法是静态分配和动态分配。

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静电分配器只是在基板的中心或靠近基板的中心沉积小水坑。这可以根据待涂覆的粘度和待涂覆的基材的尺寸来为10cc。较高的粘度和或更大的基板通常需要较大的熔炼物,以确保在高速旋转步骤期间衬底的完全覆盖。动态分配是在基板以低速转动时分配的过程。在该过程的此步骤中通常使用约500rpm的速度。这用于将流体涂布在基板上,并且可以较少浪费树脂材料,因为通常没有必要沉积多大以润湿基板的整个表面。当流体或衬底本身具有差的润湿能力并且可以消除可能形成的空隙时,这是一种特别有利的方法。

在分配步骤之后,常常加速到相对高的速度以将流体缩小到靠近其最终期望的厚度。典型的旋转速度对于该步骤为1500-6000rpm,再次根据流体的性质以及基板。这一步可能需要10秒到几分钟。为该步骤选择的旋转速度和时间的组合通常限定最终膜厚度。

通常,较高的旋转速度和较长的旋转时间产生更薄的薄膜。旋转涂层过程涉及大量变量,该变量倾向于在旋转过程中取消和平均出来,最好允许足够的时间发生这种情况。

在高速旋转步骤之后有时添加单独的干燥步骤,以进一步干燥薄膜而不基本稀释薄膜。这对于厚膜来说可以是有利的,因为可能需要长时间干燥时间来增加膜之前的膜的物理稳定性。在没有干燥步骤的情况下,在处理过程中可能发生问题,例如在从旋转碗中移除基板的侧面。在这种情况下,高速旋转的中等旋转速度通常足以有助于干燥薄膜而不会显着改变膜厚度。 CEE®旋转涂布机上的每个程序可能包含多达十个单独的过程步骤。虽然大多数旋转过程只需要两三个,但这允许复杂的旋涂要求的最大柔韧性。

旋转速度

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旋转速度是旋涂中最重要的因素之一。基板(RPM)的速度影响施加到液体树脂的径向(离心)力以及立即上方的空气的速度和特征湍流。特别地,高速旋转步骤通常限定最终膜厚度。在该阶段的Ã,±50rpm的相对较小的变化可导致产生的厚度变化为10%。薄膜厚度在很大程度上是施加朝向基板边缘的力施加的力与影响树脂粘度的干燥速率之间的平衡。当树脂干燥时,粘度增加直到旋转过程的径向力不再明显地将树脂在表面上移动。此时,随着旋转时间增加,膜厚度不会显着降低。所有CEE®的旋转涂层系统都指定为所有速度可重复于Ã,±5 rpm内。典型的性能是Ã,±1 rpm。此外,旋转速度的所有编程和显示都具有1 RPM的分辨率。

加速

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朝向最终旋转速度的基材的加速度也可以影响涂覆的膜性质。由于树脂在旋转循环的第一部分开始干燥,因此精确地控制加速度是重要的。在一些过程中,50%的树脂中的溶剂将在该过程的前几秒钟中蒸发蒸发。

加速度也在图案化基材的涂层性质中起着很大的作用。在许多情况下,基材将保留以前过程的地形特征;因此,重要的是通过这些特征均匀地涂覆树脂。虽然旋转过程一般为树脂提供径向(向外)力,但是为树脂提供扭力的加速度。这种扭转助剂在树脂的分散中,其围绕的形貌,否则可能从流体中遮住基板的部分。 CEE®PIMPLERS的加速度是可编程的,分辨率为1 RPM /秒。在操作中,旋转电机在线性斜坡中加速(或减速)以最终的旋转速度。

烟气排气

排气

在旋转过程中树脂流体的干燥速率由流体本身的性质(溶剂系统的挥发性)以及旋转过程中围绕基板的空气来限定。正如湿布在潮湿的干燥日在潮湿的天气下更快地干燥,那么树脂将根据其周围的环境条件干燥。众所周知,这种因素随着空气温度和湿度在确定涂覆的薄膜特性方面发挥了很大的作用。在旋转过程中,基板本身上方的气流和相关的湍流是非常最小化的,或者至少保持恒定也是非常重要的。

所有CEE®旋转涂层机均采用“closed bowl”设计。虽然实际上不是气密环境,但排气盖只能在旋转过程中最小的排气。结合位于旋转卡盘下方的底部排气口,排气盖成为系统的一部分,以最小化不需要的随机湍流。该系统存在两个不同的优点:流体树脂的干燥减慢并最小化对环境湿度变化的敏感性。

干燥速度较慢的速率提供了在基材上增加的薄膜厚度均匀性的优点。在旋转过程期间,流体朝向基板的边缘移动时。这可以导致径向厚度不均匀性,因为流体粘度随着距离中心的距离而变化。通过减慢干燥速率,粘度可以在基材上保持更常数。

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干燥速率,因此最终膜厚度也受环境湿度的影响。只有少量相对湿度的变化可能导致膜厚度的大变化。通过在封闭的碗中旋转,树脂本身的溶剂的蒸汽保留在碗环境中,并倾向于掩盖轻微湿度变化的影响。在旋转过程的末端,当盖子抬起以去除基板时,保持完全排气以含有并去除溶剂蒸气。

这另一个优势“closed bowl”设计是对纺丝基板周围的空气流动的变化的敏感性降低。例如,在典型的洁净室中,每分钟约100英尺(30m / min)的空气恒定向下流动。各种因素会影响该空气流的局部特性。湍流和涡流是这种高度的空气流量的常见结果。环境的性质的微小变化可以在空气向下流动方面产生剧烈改变。通过将碗状封闭盖板,通过旋转过程消除了由旋转器和其他设备的存在而引起的变化和湍流。

流程趋势图表

这些图表代表了各种过程参数的一般趋势。对于大多数树脂材料,最终膜厚度将与旋转速度和旋转时间成反比。如果排气流过高,由于在旋转过程中,由于排气流量太高,则均匀性将均匀地遭受均匀性,最终厚度也会略微成比例。

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旋涂过程故障排除

旋涂

如前所述,存在影响涂层过程的几个主要因素。其中是旋转速度,加速度,旋转时间和排气。工艺参数对于不同的树脂材料和基材而变化很大,因此没有固定的旋转涂层加工规则,只有一般指导。这些都解释说明“旋转涂层工艺说明”部分。以下是需要考虑特定流程问题的问题列表。

电影太薄了

旋转速度太高选择较低的速度
旋转时间太长了在高速步骤期间减少时间
Inappropriate choice of resin material接触树脂制造商

电影太厚

旋转速度太低选择更高的速度
旋转时间太短在高速步骤期间增加时间
排气量太高调整排气盖或房屋排气阻尼器
Inappropriate choice of resin material接触树脂制造商

旋转涂层Bubblespin

晶片表面上的气泡

分配液中的气泡(树脂)
分配尖端不均匀或有毛刺或缺陷


旋转涂层Cometspin

彗星,条纹或耀斑

流体速度(分配率)太高了
旋转碗排气速率太高
旋转前抗蚀剂太长坐在晶片上
旋转速度和加速度设置太高
在分配之前存在于基板表面上的颗粒
流体不会分配在基板表面的中心


旋转涂层旋流

旋流图案

旋转碗排气速率太高
液体截止底物表面偏离中心
旋转速度和加速度设置太高
旋转时间太短


旋转涂层Chuckspin

中心圈(卡盘标记)

如果圆圈与旋转卡盘相同,则
切换到Delrin Spin Chuck


旋涂无涂层辛

未涂层的区域

分发量不足


旋涂针孔

针孔

气泡
流体中的颗粒
在分配之前存在于基板表面上的颗粒


可重复性差

可变排气或环境条件调整排气盖以完全关闭
衬底不正常操作前的中心基板
分发量不足增加分配量
树脂材料不当接触树脂制造商
速度/时间参数的平衡不稳定增加速度/减少时间或签证

薄膜质量不佳

可变排气或环境条件调整排气盖以完全关闭
衬底不正常操作前的中心基板
分发量不足增加分配量
树脂材料不当接触树脂制造商
速度/时间参数的平衡不稳定增加速度/减少时间或签证