勻膠時旋涂速度對膠層的影響

勻膠時旋涂速度對膠層的影響

勻膠是光刻中比較重要的一步，而旋涂速度是勻膠中至關重要的參數，那么我們在勻膠時，是如何確定勻膠速度呢？它影響光刻膠的哪些性質？

勻膠的過程：

將一定量的光刻膠滴到襯底的中心，先以較低的速度旋轉，旋轉產生的離心力使光刻膠從中心到邊緣開始流動，并在襯底上初步鋪展。隨后迅速提高轉速，離心力變大，多余的光刻膠被甩出，光刻膠薄膜變薄；樹脂上方的空氣流動使光刻膠溶劑迅速蒸發，有助于形成了均勻的光刻膠薄膜。

旋轉速度對膠厚的影響

首先，旋轉速度影響的是勻膠時的離心力，公式為：

其中：m 是光刻膠質量。r 是旋轉半徑。ω 是角速度，（單位：rad/s）ω與轉速的關系如下：

其中 N 是每分鐘轉數（rpm），由上面兩個公式可以看出，轉速越大，角速度越大，那么離心力越大。而離心力越大，光刻膠被推向襯底邊緣的力就越大，涂層就越薄，離心力與光刻膠厚度成反比。

那么光刻膠厚度與轉速的公式為：

? 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。如果在其他情況不變的情況下，光刻膠的厚度與轉速的二次方成反比。旋轉速度對均勻性的影響光刻膠在高速旋轉時，上方的空氣流動對于勻膠的均勻性影響很大。而流體又分為層流或湍流，用雷諾數表示。根據公式：

Re為雷諾數，ω 是襯底的角速度（rad/s），r 是襯底的半徑（m），而 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。從公式可以看出，晶圓尺寸越大，轉速越快，晶圓上方流體的雷諾數越大。

在旋涂過程中，通常可以使用上面的公式來估算雷諾數，以確定流體流動的特性。根據經驗，當雷諾數Re大于302000時，會被定義為過度湍流，那么光刻膠的均勻性會大打折扣。因此，旋轉速度不能過高。

舉個例子，以一片12inch的晶圓（半徑0.15m）為例，要保證良好的均勻性，

0.15x 0.15ω/1.56×10-5≤302000

則角速度w≤209.4

轉化為轉速N≤2000

也就是說，12inch晶圓在勻膠時最大轉速不要超過2000轉，2000轉以上可能就會出現光刻膠均勻性下降的風險。其他尺寸晶圓的最高勻膠速度以此類推。

旋轉時間：

最后，勻膠的時間不宜過長，因為隨著勻膠時間的增加，光刻膠中的溶劑在不斷地揮發。隨著時間延長，膜層開始干燥，這會影響其均勻性和質量，增加時間成本，因此根據經驗，5微米以下的薄膠，勻膠總時間最好不要超過一分鐘。

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