勻膠工作原理

    一個(gè)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(gè)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(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(yīng)根據(jù)光刻膠的粘度和基片的大小來確定。粘度比較高和/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(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(zhuǎn)/分左右）旋轉(zhuǎn)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，減少光刻膠的浪費(fèi)，采用動(dòng)態(tài)滴膠不需要很多光刻膠就能潤(rùn)濕（鋪展覆蓋）整個(gè)基片表面。尤其是當(dāng)光刻膠或基片本身潤(rùn)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。
勻膠機(jī)一般包含控制器和勻膠處理腔體兩大部分?？刂破鲀?nèi)一般有預(yù)制的PLC程序段，市面上常見的設(shè)備差異較大，有簡(jiǎn)易型控制器如中科院微電子所開發(fā)的KW-4A，通過簡(jiǎn)單的電控調(diào)速技術(shù)將旋轉(zhuǎn)速度簡(jiǎn)單分為2~3個(gè)檔位，低檔用于甩開膠液，用于均勻涂布。例如：MYCRO 650MZ型高精度數(shù)碼控制器的勻膠旋涂?jī)x，非常方便設(shè)定速度和加速度程序段，20個(gè)51步程序段或者手動(dòng)模式，100~12000RPM的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速，也可特別訂制1~12000RPM的轉(zhuǎn)速，WS-650系列勻膠旋涂?jī)x可以通過USB通訊接口連接電腦，并配備旋涂軟件進(jìn)行功能多樣的定制化操作?？芍貜?fù)性達(dá)到+/-0.5RPM，分辨率小于0.5RPM；WS-650的數(shù)碼速度控制器采用的是一個(gè)高計(jì)數(shù)位的光學(xué)編碼器輸入至伺服馬達(dá)控制器，其設(shè)置點(diǎn)精度小于0.006%，獲美國(guó)NIST激光測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證，無需校準(zhǔn)；
許多基底材料都可以用來涂覆，但是應(yīng)用得zui多的基底一般是一英寸見方的玻璃基底（如ITO玻璃）取自于實(shí)驗(yàn)室用的載玻片。勻膠前，膠液需要經(jīng)過過濾，去除雜質(zhì)，通常用0.45微米的過濾器。通常旋涂應(yīng)該考慮在超凈間（10級(jí)或100級(jí)）中進(jìn)行，大多數(shù)旋涂是在通風(fēng)櫥里，載玻片被放置在旋轉(zhuǎn)托盤上，滴膠之后旋轉(zhuǎn)，使光刻膠層變薄達(dá)到zui終要求的膜厚，大致有兩個(gè)轉(zhuǎn)速范圍，*階段，通過500~1000RPM的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)5~10秒鐘，使膠液得以平鋪開，而膠液厚度主要通過第二階段的速度變化來控制，一般轉(zhuǎn)速在1500RPM~6000RPM，旋轉(zhuǎn)時(shí)長(zhǎng)從幾秒鐘到幾分鐘，如此既可以得到幾百個(gè)納米到數(shù)十個(gè)微米之間的均勻薄膜。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。快速旋轉(zhuǎn)的時(shí)間可以從10秒到幾分鐘。勻膠的轉(zhuǎn)速以及勻膠時(shí)間往往能決定zui終膠膜的厚度。
    一般來說，勻膠轉(zhuǎn)速快，時(shí)間長(zhǎng)，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(shí)往往相互抵銷并趨于平衡。所以給予勻膠過程以足夠的時(shí)間，讓諸多影響因素達(dá)到平衡。勻膠工藝中zui重要的一個(gè)因素就是可重復(fù)性。微細(xì)的工藝參數(shù)變化會(huì)帶來薄膜特性巨大的差異，下面對(duì)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zui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*湍動(dòng)和基片與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。光刻膠的zui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(gè)階段，轉(zhuǎn)速±50rpm這樣微小變化就能造成zui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(dòng)。到這個(gè)點(diǎn)上，膠膜厚度不會(huì)隨勻膠時(shí)間延長(zhǎng)而變薄。所有WS-650系列勻膠機(jī)規(guī)格要求在量程范圍內(nèi)無論選擇哪個(gè)速度勻膠，轉(zhuǎn)速偏差都不大于±1rpm。

加速度

    勻膠過程中基片的加速度也會(huì)對(duì)膠膜的性能產(chǎn)生影響。因?yàn)樵诨D(zhuǎn)的*階段，光刻膠就開始干燥（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(duì)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(duì)光刻膠產(chǎn)生離心力，而恰恰是加速度對(duì)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。勻膠機(jī)的加速度可以設(shè)定，精度1rpm/秒。在操作時(shí)，電機(jī)以線性躍升加速（或減速）到zui終的勻膠速度。

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(duì)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(wěn)定也是十分重要的。

勻膠工藝數(shù)據(jù)圖表
    下面四張圖代表了各種過程參數(shù)對(duì)勻膠結(jié)果影響的一般趨勢(shì)。就大多數(shù)光刻膠而言，zui終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。