旋涂过程如何选择转速和最大加速度

速度和加速度是决定匀胶获得薄膜厚度的关键因素。衬底的旋转速度控制着施加到树脂上的离心力和树脂上方空气的湍流度。衬底由低速向最终旋转速度的加速也会极大地影响薄膜的性能。由于树脂在开始旋转的几圈内就开始溶剂挥发过程,因此控制加速阶段非常重要这个阶段光刻胶会从中心向样品周围流动并铺展开。在许多情况下,光刻胶中高达50%的基础溶剂会在溶解的最初几秒钟内蒸发掉。因此,最好使用“快速”工艺技术,在很短的时间内将光刻胶从样品中心甩到样品边缘。在这种加速度驱动材料向衬底边缘移动,使不均匀的蒸发最小化,并克服表面张力以提高均匀性。高速度,高加速步骤后是一个更慢的干燥步骤和/或立即停止到0 rpm。

然而,过高的速度和加速度可能会对涂层的均匀性产生不利影响,因为过度湍流的产生。由于外缘的速度随着直径的增加而增加,湍流随着衬底的增大而放大。这一现象通常以雷诺数Re为特征,对于旋转的晶圆片可采用以下公式:

Re=ωr2/v

这里:

  • Re 是雷诺数
  • ω 衬底的角速度,单位转/秒
  • r 衬底直径,单位米
  • v 是空气的运动粘度,或者1.56×10-5m2/s

湍流阈值极限是雷诺数的平方根。对于旋转晶圆片,湍流阈值限值为549.58。因此,任何大于550的值都被认为太过湍流,无法实现均匀的膜厚。下表反映了基于此理论的标准直径衬底的最大速度。

衬底直径最大速度
< 1″ (< 25mm) 288K RPM
2″ (< 50mm) 72K RPM
3″ (< 75mm) 32K RPM
100mm (4″) 18K RPM
125mm(5″) 9.8K RPM
150mm (6″) 8K RPM
200mm (8″) 4.5K RPM
300mm (12″) 2K RPM
450mm (18″) 802 RPM

需要注意,一般薄胶(厚度<5um)旋涂时间在1min内完成,过长的旋涂时间有可能会加剧薄膜的不均匀状态。

本文整理自网络:  https://www.costeffectiveequipment.com/service-support/technical-resources/selecting-maximum-speed/
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