高精度勻膠機(jī)運(yùn)行過程與注意事項(xiàng)
勻膠旋涂技術(shù)(spin coating)已在許多領(lǐng)域取得廣泛應(yīng)用。
集成電路:在半導(dǎo)體,集成電路的光刻工藝中,將光刻膠涂覆在硅片,聚二甲基硅氧烷 (PDMS)等表面。
金屬表面處理:在防腐蝕工程方面,將具有抗腐蝕性,疏水性等功能性有機(jī)物戒顆粒物 均勻的涂覆在需要被保護(hù)的材料表面等。
可彎曲平板:目前,隨著超薄薄膜旋涂技術(shù)的成熟,未來很有可能可以生產(chǎn)出柔性的 可穿戴的電子設(shè)備,電子紙等高技術(shù)產(chǎn)品。
總體來說勻膠機(jī)的運(yùn)行可以按基片旋轉(zhuǎn)速度及膠質(zhì)的變化,分為 4 個(gè)階段:滴膠,加速旋轉(zhuǎn),勻速旋轉(zhuǎn)以及去邊,其中第3階段勻速旋轉(zhuǎn)階段是膠質(zhì)涂層厚度和均勻性控制的重要階段。
1.滴膠
圖 1 滴膠-在滴膠前,膠質(zhì)需經(jīng)過亞微米級(jí)別的過濾處理,否則薄膜有可能形成 彗星圖,星狀圖,戒產(chǎn)生氣泡。
滴膠階段是將膠質(zhì)溶劑沉積在基片上中心位置的過程??梢允謩?dòng)滴加,戒用配備的自動(dòng)滴膠器滴加。一般而言,自動(dòng)滴膠方式由于是自動(dòng)機(jī)械化操作,最終 薄膜的厚度,均勻性,及可重復(fù)性都很好,并且也可以減少易揮發(fā)的毒性氣體 不身體接觸。而手動(dòng)滴膠是人工操作,適合要求不高的薄膜制備。
滴膠過程可采用靜態(tài)滴膠或動(dòng)態(tài)滴膠兩種方式,靜態(tài)滴膠是在基片旋轉(zhuǎn)之前就將膠質(zhì)滴加沉積在基片中心,動(dòng)態(tài)滴膠則是基片一邊以一定的速度旋轉(zhuǎn)(一般是500RPM),一邊滴膠,如圖 1 所示。如果膠質(zhì)或基片是疏水性的,可以選擇動(dòng)態(tài)滴膠法,另外動(dòng)態(tài)滴膠法所需的滴膠量也可以略少。
2.加速旋轉(zhuǎn)
圖2 加速旋轉(zhuǎn)
有些膠質(zhì)中的溶劑揮發(fā)性很強(qiáng),如 果基片沒有在短時(shí)間內(nèi)穩(wěn)定快速的 加速到設(shè)定的速度,膠質(zhì)中的溶劑 就會(huì)快速揮發(fā),從而導(dǎo)致膠質(zhì)的粘性迅速增強(qiáng),從而影響對(duì)涂層厚度的控制。
加速旋轉(zhuǎn)階段中基片以一定的加速度旋轉(zhuǎn),膠質(zhì)溶劑開始向基片邊緣擴(kuò)散,會(huì)有部分膠質(zhì)開始被甩出基片,如圖 2 所示。在加速初始階段,膠質(zhì)是以一定的高度堆積在基片表面,膠質(zhì)的底部不基片表面粘在一起,并一起旋轉(zhuǎn)。而膠質(zhì)的上層由于慣性作用,其轉(zhuǎn)速無法不基片同速,因此膠質(zhì)形成螺旋狀。隨著膠質(zhì)在離心力作用下持續(xù)向基片邊緣擴(kuò)散,螺旋狀逐漸消失,膠質(zhì)變薄為涂層,并覆蓋基片表面,涂層不基片旋轉(zhuǎn)速度完全同步。
在基片的加速旋轉(zhuǎn)階段,旋轉(zhuǎn)速度高精度的控制,以及旋轉(zhuǎn)時(shí)間的準(zhǔn)時(shí)設(shè)置非常重要。其實(shí),無論膠質(zhì)具有怎樣的性質(zhì),勻膠機(jī)都需具備高精度,穩(wěn)定的馬達(dá)旋轉(zhuǎn)速度控制系統(tǒng),這樣才可以制作厚度均勻可控的薄膜。
3.勻速旋轉(zhuǎn)、去邊
圖 3 勻速旋轉(zhuǎn)
在勻速旋轉(zhuǎn)階段中,膠質(zhì)的粘性力和揮發(fā)作用是影響薄膜厚度不均勻性的 重要因素。
膠質(zhì)溶劑在加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定速度時(shí),已經(jīng)形成一定厚 度的涂層。在接下來的勻速旋轉(zhuǎn)過程中,由亍膠體的 粘性力仍然小于所受到的離心力,涂層持續(xù)向基片邊緣擴(kuò)散,基片邊緣的膠質(zhì)也不斷地被甩出,涂層厚度逐漸減小,如圖 3 所示。
同時(shí),由于涂層已覆蓋整個(gè)基片表面,并且受基片上方快速流動(dòng)的氣流影響,溶劑的揮發(fā)速度加快,導(dǎo)致膠體的粘性力也不斷增加, 開始形成難以流動(dòng)的膠狀物。此時(shí),膠質(zhì)涂層所受到的各個(gè)方向的力達(dá)到平衡,涂層的厚度也達(dá)到最終狀態(tài)。
最后,在涂層薄膜的邊緣部位,由于膠質(zhì)表面張力的作用, 薄膜邊緣部分的膠質(zhì)難以被甩出基片,會(huì)形成厚度不均勻的薄層,甚至?xí)U(kuò)張至基片的背面,因此基片邊緣需要經(jīng)過去邊處理(EBR,Edge Bead Removal),如圖 4 所 示。去邊處理包括基片正面和背面的化學(xué)去邊處理,以及基片正面的光學(xué)去邊處理。
標(biāo)簽:   勻膠機(jī)