勻膠機轉(zhuǎn)速對微流控芯片精度的影響
微流控芯片制造過程中,勻膠是關鍵步驟之一,而勻膠機轉(zhuǎn)速會在多個方面對微流控芯片的精度產(chǎn)生影響:
對光刻膠厚度的影響
勻膠機轉(zhuǎn)速與光刻膠厚度成反比關系。旋轉(zhuǎn)速度影響勻膠時的離心力,轉(zhuǎn)速越大,角速度越大,離心力越大,光刻膠被推向襯底邊緣的力就越大,涂層就越薄。光刻膠厚度與轉(zhuǎn)速的公式為 h=k/N2,其中 h是光刻膠的厚度, N是旋涂速度(rpm/每分鐘), k是光刻膠與設備的特性等所決定的。
對芯片精度的影響
尺寸精度:微流控芯片內(nèi)的微通道、微腔室等結構尺寸通常在微米級別。如果光刻膠厚度不均勻或不符合設計要求,會導致后續(xù)光刻、蝕刻等工藝中,微結構的尺寸出現(xiàn)偏差。例如,光刻膠過厚可能使蝕刻深度不足,微通道寬度變窄;光刻膠過薄則可能導致蝕刻過度,微結構尺寸超出設計范圍,從而影響芯片的流體控制能力和分析性能。
結構精度:厚度不均的光刻膠會使微結構的側壁垂直度和表面平整度變差,影響芯片的整體結構精度。例如,光刻膠厚度不一致可能導致微通道側壁傾斜,影響流體的流動特性,降低芯片的分析精度和可靠性。
對光刻膠均勻性的影響
光刻膠在高速旋轉(zhuǎn)時,上方的空氣流動對于勻膠的均勻性影響很大。流體分為層流或湍流,用雷諾數(shù)表示,公式為 Re=ωr2/v,其中Re為雷諾數(shù), ω 是襯底的角速度(rad/s), r是襯底的半徑(m), v是空氣的運動粘度。通常,空氣的運動粘度在標準大氣壓下和室溫(約20°C)時大約是 1.56×10?5m2/s 。晶圓尺寸越大,轉(zhuǎn)速越快,晶圓上方流體的雷諾數(shù)越大。當雷諾數(shù) Re大于302000時,會被定義為過度湍流,光刻膠的均勻性會大打折扣。
對芯片精度的影響
圖案轉(zhuǎn)移精度:光刻膠均勻性不佳會導致光刻掩膜版上的圖案無法準確轉(zhuǎn)移到晶圓片上。在微流控芯片制造中,這會使微結構的圖案出現(xiàn)變形、扭曲或殘缺,影響芯片的功能實現(xiàn)。例如,微通道圖案的不完整可能導致流體流動不暢,影響芯片的分析結果。
重復性:不均勻的光刻膠涂層會降低芯片制造的重復性。不同批次的芯片由于光刻膠均勻性的差異,微結構的尺寸和形狀會有所不同,導致芯片性能不穩(wěn)定,無法保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。
對工藝穩(wěn)定性的影響
勻膠機轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會導致光刻膠厚度和均勻性的波動,使整個光刻工藝的穩(wěn)定性受到影響。如果轉(zhuǎn)速在勻膠過程中發(fā)生變化,會使光刻膠在襯底上的分布不均勻,形成厚度差異較大的區(qū)域。
對芯片精度的影響
長期穩(wěn)定性:在大規(guī)模生產(chǎn)微流控芯片時,工藝穩(wěn)定性至關重要。轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會導致芯片的微結構尺寸和性能在不同批次之間存在差異,影響產(chǎn)品的長期穩(wěn)定性和可靠性。例如,微流控芯片用于生物檢測時,不穩(wěn)定的工藝可能導致檢測結果的偏差,降低芯片的實用價值。
生產(chǎn)效率:工藝不穩(wěn)定會增加芯片制造過程中的次品率,需要進行更多的檢測和修復工作,降低生產(chǎn)效率,增加生產(chǎn)成本。因此,穩(wěn)定的勻膠機轉(zhuǎn)速對于提高微流控芯片的生產(chǎn)效率和質(zhì)量具有重要意義。
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