勻膠工作原理

         一個(gè)典型的勻膠過(guò)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(lái)確定。粘度比較高或基片比較大，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(kāi)，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。滴膠之后，下一步是高速旋轉(zhuǎn)。使光刻膠層變薄達(dá)到*終要求的膜厚，這個(gè)階段的轉(zhuǎn)速一般在1500-6000轉(zhuǎn)/分，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*終膠膜的厚度。

        一般來(lái)說(shuō)，勻膠轉(zhuǎn)速快，時(shí)間長(zhǎng)，膜厚就薄。影響勻膠過(guò)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*好給予勻膠過(guò)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*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(lái)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(guò)程中*重要的因素。基片的轉(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特有湍動(dòng)和基片與空氣的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度。光刻膠的*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*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(lái)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。所有勻膠機(jī)規(guī)格要求在量程范圍內(nèi)無(wú)論選擇哪個(gè)速度勻膠轉(zhuǎn)速偏差不大于±1rpm。而通常實(shí)際偏差是±0.2rpm。而且，所有的控制程序和轉(zhuǎn)速顯示的分辨能力都是1rpm。

加速度
 

        勻膠過(guò)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(kāi)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(guò)程中，光刻膠中50%的溶劑就在勻膠過(guò)程開(kāi)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(lái)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(guò)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(kāi)，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*終的勻膠速度。

排風(fēng)

          所有勻膠過(guò)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(guò)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。所有勻膠臺(tái)都采用“密閉碗”設(shè)計(jì)。盡管密閉碗實(shí)際上并非完全是一個(gè)密不透氣的環(huán)境，在勻膠過(guò)程中排風(fēng)罩能讓很小的氣流通過(guò)，與位于勻膠臺(tái)旋轉(zhuǎn)頭（吸盤）下面的底部排氣口想配合，排風(fēng)罩成為一個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)的通道，以達(dá)到減小不希望有的隨機(jī)湍流的目的。這個(gè)系統(tǒng)有兩大明顯的優(yōu)點(diǎn)：勻膠時(shí)光刻膠的干燥速度慢，對(duì)環(huán)境濕度的敏感性小。干燥（溶劑揮發(fā)）速率較慢帶來(lái)的好處是膠面膜厚均勻性好。勻膠時(shí)，在光刻膠被甩向基片邊緣的同時(shí)，由于溶劑揮發(fā)，光刻膠也同時(shí)得以干燥。這樣會(huì)造成光刻膠膜厚沿徑向不均勻。因?yàn)楣饪棠z的粘度隨基片中心到邊緣的距離發(fā)生了變化。通過(guò)降低溶劑揮發(fā)速度就有可能使整個(gè)基片表面上光刻膠的粘度保持比較恒定。

         干燥速度以及與其相關(guān)的*終膜厚也受到環(huán)境濕度的影響,相對(duì)濕度僅僅幾個(gè)百分點(diǎn)的變化卻可造成膜厚很大的變化。在一個(gè)“密閉碗”中勻膠，光刻膠中溶劑揮發(fā)，其蒸氣被留在碗內(nèi)，這樣掩蓋了較小的濕度變化所造成的影響。當(dāng)勻膠過(guò)程結(jié)束的時(shí)候，打開(kāi)排風(fēng)罩取出基片，保持充分排風(fēng)，排盡溶劑蒸氣。

         “密閉碗”設(shè)計(jì)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是膠膜質(zhì)量對(duì)基片周圍空氣流的變化的敏感性降低。比如說(shuō)，在一個(gè)有代表性的凈化室內(nèi)，總有一個(gè)自上而下的穩(wěn)定的空氣垂直層流，其流速大約每分鐘100英尺（相當(dāng)于30米/分）。有多方面的因素影響這股空氣流的局部質(zhì)量。常見(jiàn)的問(wèn)題是擾動(dòng)（湍流）和渦流（eddy  current）。而環(huán)境的微小變化能造成向下氣流的劇烈改變。用一個(gè)表面光滑的蓋子把“碗”蓋起來(lái)就消除了由于操作人員和其他設(shè)備的存在而造成的環(huán)境變化和氣流的擾動(dòng).

勻膠工藝數(shù)據(jù)圖表

    下面四張圖代表了各種過(guò)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，*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。

勻膠工藝常見(jiàn)問(wèn)題：

問(wèn)題1：表面出現(xiàn)氣泡 可能原因：滴膠時(shí)膠中帶有氣泡 噴嘴**切口有問(wèn)題或帶刺
問(wèn)題2：四周呈現(xiàn)放射狀條紋 可能原因： 膠液噴射速度過(guò)高 設(shè)備排氣速度過(guò)高 膠涂覆前靜止時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速或加速度設(shè)置過(guò)高 片子表片留有小顆粒 膠中有顆粒
問(wèn)題3：中心出現(xiàn)漩渦圖案 可能原因： 設(shè)備排氣速度過(guò)高 噴膠時(shí)膠液偏離襯底中心 旋圖時(shí)間過(guò)長(zhǎng) 加速度過(guò)高
問(wèn)題4：中心出現(xiàn)圓暈 可能原因： 不合適的托盤, 噴嘴偏離襯底中心
問(wèn)題5：膠液未涂滿襯底 可能原因： 給膠量不足 不合適的勻膠加速度
問(wèn)題6：出現(xiàn)針孔現(xiàn)象 可能原因： 空氣中粉塵 光刻膠內(nèi)存在顆粒或氣泡 襯底上存在顆粒