勻膠速度影響光刻膠的哪些性質(zhì)？

勻膠是光刻中比較重要的一步，而旋涂速度是勻膠中至關(guān)重要的參數(shù)，那么我們?cè)趧蚰z時(shí)，是如何確定勻膠速度呢？它影響光刻膠的哪些性質(zhì)？

勻膠的過(guò)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(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力使光刻膠從中心到邊緣開(kāi)始流動(dòng)，并在襯底上初步鋪展。隨后迅速提高轉(zhuǎn)速，離心力變大，多余的光刻膠被甩出，光刻膠薄膜變?。粯?shù)脂上方的空氣流動(dòng)使光刻膠溶劑迅速蒸發(fā)，有助于形成了均勻的光刻膠薄膜。

旋轉(zhuǎn)速度對(duì)膠厚的影響

首先，旋轉(zhuǎn)速度影響的是勻膠時(shí)的離心力，公式為：

其中：

m 是光刻膠質(zhì)量。

r 是旋轉(zhuǎn)半徑。

ω 是角速度，（單位：rad/s）

ω與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下：

其中 N 是每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（rpm），由上面兩個(gè)公式可以看出，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(shè)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(zhuǎn)速的二次方成反比。

旋轉(zhuǎn)速度對(duì)均勻性的影響

光刻膠在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，上方的空氣流動(dòng)對(duì)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(shù)表示。根據(jù)公式：

Re為雷諾數(shù)， ?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(yùn)動(dòng)粘度。通常，空氣的運(yùn)動(dòng)粘度在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下和室溫（約20°C）時(shí)大約是1.56×10-5m2/s。從公式可以看出，晶圓尺寸越大，轉(zhuǎn)速越快，晶圓上方流體的雷諾數(shù)越大。

在旋涂過(guò)程中，通?？梢允褂蒙厦娴墓絹?lái)估算雷諾數(shù)，以確定流體流動(dòng)的特性。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)雷諾數(shù)Re大于302000時(shí)，會(huì)被定義為過(guò)度湍流，那么光刻膠的均勻性會(huì)大打折扣。因此，旋轉(zhuǎn)速度不能過(guò)高。

舉個(gè)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(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)速N≤2000

也就是說(shuō)，12inch晶圓在勻膠時(shí)最大轉(zhuǎn)速不要超過(guò)2000轉(zhuǎn)，2000轉(zhuǎn)以上可能就會(huì)出現(xiàn)光刻膠均勻性下降的風(fēng)險(xiǎn)。其他尺寸晶圓的最高勻膠速度以此類(lèi)推。

最后，勻膠的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，因?yàn)殡S著勻膠時(shí)間的增加，光刻膠中的溶劑在不斷地?fù)]發(fā)。隨著時(shí)間延長(zhǎng)，膜層開(kāi)始干燥，這會(huì)影響其均勻性和質(zhì)量，增加時(shí)間成本，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，5微米以下的薄膠，勻膠總時(shí)間最好不要超過(guò)一分鐘。

審核編輯：湯梓紅