勻膠機旋涂時出現的常見缺陷
在制作微流控芯片時,勻膠旋涂是最重要的步驟之一,那么在旋涂過程中會出現哪些常見的問題呢?
彗星
這些通常發生在相對較大的固體顆粒阻礙溶液在旋轉晶片上的正常流動模式時。除了在“旋轉”期間,流動通常是平滑的和徑向的(徑向速度梯度由適用的力平衡和粘度限制控制)。彗星的存在可以通過在更清潔的環境中工作和過濾涂層來減少或消除解決方案作為分配過程的一部分。
條紋
條紋是涂層薄膜中厚度變化的徑向取向線。通常它們是非常平滑地變化的厚度變化,其間距或周期性在 50-200 微米左右的范圍內。它們的方向對應于主要流體流動的方向。它們的出現被認為是由于蒸發驅動的表面張力效應而產生的。輕質溶劑的早期蒸發會導致表面層中水和/或其他不易揮發的物質富集。如果該層的表面張力大于起始溶液(并且仍然存在于更深的水平),則存在不穩定性,其中較高的表面張力實際上以規則的間隔將材料吸入,而兩者之間的空間更能夠蒸發,和表面浮雕發展。這主要是由于 Marangoni 效應,它控制著葡萄酒在酒杯側面的排水模式中結構的發展:乙醇首先蒸發,留下一個乙醇耗盡的酒層,該層聚集成小溪并沿著玻璃壁排出。
蒸發驅動的表面張力效應可以通過以下方式產生條紋:
蒸發過程使頂層具有不同的成分,因此具有不同的表面張力。然后,頂面可能會變得不穩定,不受“長波長”擾動的影響,而這些擾動又會變得不穩定。控制什么是穩定和什么是不穩定的確切條件仍然不為人知。我們的初步模型是,您希望蒸發過程將局部表面張力驅動到較低的值,這將趨于穩定系統。目前正在對許多溶膠-凝膠和聚合物涂層系統進行測試。
卡盤標記
這些圖案可以通過晶圓頂部的溶液和晶圓背面的金屬真空卡盤之間的熱“交流”產生。因此,基板材料的熱導率和熱驅動力(主要是蒸發冷卻,但也可能是由于溶液與基板和卡盤之間的溫度差異)非常重要。右圖在玻璃基板上具有單層溶膠-凝膠衍生涂層。硅晶片由于其較高的導熱性,與玻璃或塑料相比,通常具有較小的厚度差異。
環境敏感性
在周圍環境中制作涂層時,周圍環境可能會對涂層質量產生影響。一個關鍵變量是周圍空氣的濕度。對于許多溶液而言,水在溶液本身的化學性質中起著重要作用,因此當環境中存在不同量的水時,可能會導致不同的涂層質量。這可以表現為涂層粗糙、涂層在進一步干燥時出現微裂紋、涂層中形成夸張的條紋等。顯然,對旋涂機周圍環境的密切控制其重要性不言而喻。
晶圓邊緣效應
基板的邊緣始終是需要關注的區域。如果可以在邊緣保持更好的均勻性,則可以將更多區域用于器件制造。邊緣是有幾個原因的問題。首先,表面張力效應使徑向向外流動的溶液難以從晶片上分離。因此,一個小的液體“珠”可以圍繞整個周邊保持附著,并在該邊緣區域產生更厚的涂層。此外,如果基材不是完全圓形,特別是如果它們是正方形或矩形,那么突出部分(角落)上方的氣流將受到干擾。雖然流動可能仍然是層流,但它會有不同的流動歷史,通常會導致這些角落區域的涂層厚度不均勻。
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