一種彩膜光刻膠實驗室涂膜均勻性研究

徐茹，耿紅超，霍學兵

（合肥京東方光電技術有限公司，安徽合肥 230000）

光刻膠所有性能的評價都建立在涂膜工藝的基礎上，這就對光刻膠實驗室涂膜提出了更高的要求，以達到產(chǎn)品性能檢測的準確性及重復性更佳，涂膜工藝直接影響到涂膜的厚度、反復涂膜時的重復性。本文主要從涂膜用玻璃基板的尺寸、勻膠設備的設置及人員作業(yè)細節(jié)等方面研究如何提升實驗室光刻膠評價時涂膜的均勻性及重復性。

1 光刻膠實驗室涂膜工藝說明

首先將光刻膠樣品在室溫（23.0±3）℃下進行回溫，以達到光刻膠可以涂膜的正常粘度狀態(tài)[1]，其次用于涂膜的玻璃基板的準備，最后設置旋涂儀，打開真空吸附泵進行旋涂作業(yè)。

使用顯影液（KOH的稀釋液）超聲清洗玻璃基板，再使用純水將玻璃基板表面的顯影液沖洗干凈，接著使用氮氣干燥之后進行烘干作業(yè)，在涂膜前需使用紫外光進行照射以除去表面有機物[2]。

旋涂作業(yè)開始前設置旋涂轉速，將玻璃基板吸附在旋涂儀上（使用MIKASA B150進行作業(yè)），使用一次性滴管將光刻膠樣品滴在玻璃基板上，點擊“開始”按鈕進行旋涂作業(yè)。影響旋涂膜厚均勻性的主要原因是玻璃基板尺寸大小及旋涂轉速設置等條件，我們將這些實驗條件進行優(yōu)化，以實現(xiàn)涂膜的均勻性。

2 實驗過程及討論

2.1 玻璃基板尺寸對涂膜均勻性的影響

為明確玻璃基板尺寸大小對光刻膠涂膜均勻性的影響，減少其他因素對實驗結果的影響，我們選擇同一個光刻膠，使用同一臺旋涂儀，由同一名作業(yè)者進行旋涂操作，對8 cm*8 cm、10 cm*10 cm及15 cm*15 cm三種尺寸玻璃基板進行涂膜，在涂膜的玻璃基板前烘后進行表面膜厚的測量，進而計算膜厚的均勻性[3]。

（1）8 cm*8 cm玻璃基板膜厚測試結果

圖1 8 cm＊8 cm玻璃基板測試圖

根據(jù)實驗結果，玻璃基板①的表面膜厚均一性為6.58%（均一性計算方法：（最大值-最小值）/（最大值+最小值））。

根據(jù)實驗結果，玻璃基板②的表面膜厚均一性為6.50%，實驗結果與玻璃基板①一致。

圖2 8 cm＊8 cm玻璃基板測試圖

（2）10 cm*10 cm玻璃基板膜厚測試結果

圖3 10 cm＊10 cm玻璃基板測試圖

根據(jù)實驗結果，玻璃基板③的整體表面膜厚均一性為6.74%，但是6 cm*6 cm范圍內(nèi)的膜厚均一性為2.73%，表面均一性優(yōu)于8 cm*8 cm玻璃基板旋涂出來的膜厚。

圖4 10 cm＊10 cm玻璃基板測試圖

根據(jù)實驗結果，玻璃基板④的整體表面膜厚均一性為7.32%，但是6 cm*6 cm范圍內(nèi)的膜厚均一性為2.83%，表面均一性優(yōu)于8 cm*8 cm玻璃基板旋涂出來的膜厚。

（3）15 cm*15 cm玻璃基板膜厚測試結果

圖5 15 cm＊15 cm玻璃基板測試圖

圖6 15 cm＊15 cm玻璃基板6 cm＊6 cm范圍測試圖

根據(jù)實驗結果，玻璃基板⑤的整體表面膜厚均一性為7.54%，雖然玻璃基板整體的膜厚均一性沒有太大的改善效果，但是在中間區(qū)域6 cm*6 cm范圍內(nèi)的膜厚均一性達到1.33%，涂膜表面均一性優(yōu)于8 cm*8 cm及10 cm*10 cm玻璃基板旋涂出來的膜厚。

圖7 15 cm＊15 cm玻璃基板測試圖

圖8 15 cm＊15 cm玻璃基板6 cm＊6 cm范圍測試圖

根據(jù)實驗結果，玻璃基板⑥的整體表面膜厚均一性為6.98%，雖然玻璃基板整體的膜厚均一性沒有太大的改善效果，但是在中間區(qū)域6 cm*6 cm范圍內(nèi)的膜厚均一性達到1.45%，涂膜表面均一性優(yōu)于8 cm*8 cm及10 cm*10 cm玻璃基板旋涂出來的膜厚。

由此可見，在相同操作方法的情況下，大尺寸玻璃基板的整體均一性雖然變化不明顯，但在排除玻璃基板邊緣處的影響后，涂膜的均一性隨著玻璃基板尺寸的變大而變得更好。在大尺寸的基板上涂膜后，由于存在大范圍比較好的均一性，大大提升了玻璃基板的可檢測區(qū)域，減少人員作業(yè)產(chǎn)生的測試數(shù)據(jù)波動。

2.2 旋涂設備對涂片膜厚的影響

不同的旋涂設備有不同的設置方法，首先在實驗之前先確保旋涂設備在各個轉速下的穩(wěn)定性，實驗15 cm*15 cm玻璃基板進行測試，然后將旋涂儀設置為有加速減速和無加速減速的兩種條件進行膜厚均一性測試。

（1）不設置Slope涂布

圖9 無slope設置轉速圖

圖10 無slope設置15 cm基板膜厚測試圖

圖11 無slope設置15 cm基板6 cm范圍膜厚測試圖

旋涂設備直接設置一個轉速和旋轉時間，不設置加速及減速時間，直接對樣品進行涂布測試。

根據(jù)實驗結果，玻璃基板在不設置Slope情況下的整體表面膜厚均一性為8.78%，中間區(qū)域6 cm*6 cm范圍內(nèi)的膜厚均一性為2.12%，涂膜表面均一性不如設置Slope的涂膜表面均一性。

圖12 有slope設置轉速圖

（2）設置Slope涂布旋涂設備設置一個加速及減速時間進行樣品涂布。上述實驗玻璃基板⑤⑥即按照設置Slope模式進行的實驗結果，實驗結果優(yōu)于不設置Slope的膜厚均一性。

3 結論

根據(jù)上述實驗結果，在相同涂布工藝下，大尺寸玻璃基板的涂膜均一性優(yōu)于小尺寸玻璃基板，且大尺寸玻璃基板在涂膜后在可選擇評價的6 cm*6 cm范圍內(nèi)均一性比較好，在產(chǎn)品評價時可大大降低人員操作間差異性。

同時在玻璃基板尺寸相同的條件下，我們在涂布作業(yè)時將設備設置為緩慢加速及減速的情況下涂膜均一性優(yōu)于不設置slope的情況。