勻膠機旋涂儀旋涂的四個關(guān)鍵階段
旋涂工藝有四個不同的階段。第 3 階段(流量控制)和第 4 階段(蒸發(fā)控制)是對涂層厚度影響較大的兩個階段。
第一階段: 將涂層流體沉積到晶片或基板上
可以使用將涂層溶液倒出的噴嘴來完成,也可以將其噴灑到表面上等。通常,與所需涂層厚度的量相比,該分配階段提供的涂層溶液顯著過量。 對于許多解決方案,通過亞微米級過濾器分配以消除可能導(dǎo)致缺陷的顆粒通常是有益的。另一個潛在的重要問題是溶液是否在此分配階段完全潤濕表面。如果不是,則可能導(dǎo)致不完整的覆蓋。
第二階段: 基板被加速到其最終所需的旋轉(zhuǎn)速度
這個階段的特征通常是通過旋轉(zhuǎn)運動從晶片表面強烈地排出流體。由于晶片表面流體的初始深度,在此階段可能會短暫出現(xiàn)螺旋渦流;這些是由于流體層頂部施加的慣性引起的扭轉(zhuǎn)運動而形成的,而下面的晶片旋轉(zhuǎn)得越來越快。流體足夠薄,可以與晶片完全共同旋轉(zhuǎn),任何流體厚度差異的跡象都消失了。晶圓達到其所需的速度,并且流體足夠薄,以至于粘性剪切阻力正好平衡了旋轉(zhuǎn)加速度。
第三階段: 當(dāng)基材以恒定速率旋轉(zhuǎn)并且流體粘性力主導(dǎo)流體稀釋行為時
這個階段的特點是液體逐漸變稀。流體稀釋通常非常均勻,盡管使用含有揮發(fā)性溶劑的溶液,通??梢钥吹礁缮嫔?/span>“脫落”,并且隨著涂層厚度的減少,這種現(xiàn)象逐漸變慢。邊緣效應(yīng)經(jīng)常出現(xiàn),因為流體均勻向外流動,但需要在邊緣形成液滴才能被甩掉。因此,根據(jù)表面張力、粘度、旋轉(zhuǎn)速率等,結(jié)束時晶片的邊緣周圍可能存在少量涂層厚度差異。流動行為的數(shù)學(xué)處理表明,如果液體表現(xiàn)出牛頓粘度(即是線性的)并且如果流體厚度開始在整個晶片上是均勻的(盡管相當(dāng)厚),
第四階段: 當(dāng)基材以恒定速率旋轉(zhuǎn)并且溶劑蒸發(fā)主導(dǎo)涂層變薄行為時
隨著前一階段的推進,流體厚度達到粘度效應(yīng)僅產(chǎn)生相當(dāng)小的凈流體流量的點。此時,任何揮發(fā)性溶劑物質(zhì)的蒸發(fā)將成為涂層中發(fā)生的主要過程。事實上,此時涂層有效地“凝膠化”,因為當(dāng)這些溶劑被去除時,剩余溶液的粘度可能會上升—有效地將涂層凍結(jié)在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/span>
旋轉(zhuǎn)停止后,許多應(yīng)用需要對涂層進行熱處理或“燒制”(如“旋涂玻璃”或溶膠凝膠涂層)。另一方面,光刻膠通常會經(jīng)歷其他工藝,具體取決于所需的應(yīng)用/用途。
顯然,第 3 階段和第 4 階段描述了需要始終同時發(fā)生的兩個過程(粘性流動和蒸發(fā))。然而,在工程水平上,粘性流動效應(yīng)在早期占主導(dǎo)地位,而蒸發(fā)過程在后期占主導(dǎo)地位。
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