匀胶速度影响光刻胶的哪些性质？

匀胶是光刻中比较重要的一步，而旋涂速度是匀胶中至关重要的参数，那么我们在匀胶时，是如何确定匀胶速度呢？它影响光刻胶的哪些性质？

匀胶的过程？

将一定量的光刻胶滴到衬底的中心，先以较低的速度旋转，旋转产生的离心力使光刻胶从中心到边缘开始流动，并在衬底上初步铺展。随后迅速提高转速，离心力变大，多余的光刻胶被甩出，光刻胶薄膜变薄；树脂上方的空气流动使光刻胶溶剂迅速蒸发，有助于形成了均匀的光刻胶薄膜。

旋转速度对胶厚的影响

首先，旋转速度影响的是匀胶时的离心力，公式为：

其中：

m 是光刻胶质量。

r 是旋转半径。

ω 是角速度，（单位：rad/s）

ω与转速的关系如下：

其中 N 是每分钟转数（rpm），由上面两个公式可以看出，转速越大，角速度越大，那么离心力越大。而离心力越大，光刻胶被推向衬底边缘的力就越大，涂层就越薄，离心力与光刻胶厚度成反比。

那么光刻胶厚度与转速的公式为：

ℎ 是光刻胶的厚度。

N 是旋涂速度（rpm/每分钟）。

k 是光刻胶与设备的特性等所决定的。如果在其他情况不变的情况下，光刻胶的厚度与转速的二次方成反比。

旋转速度对均匀性的影响

光刻胶在高速旋转时，上方的空气流动对于匀胶的均匀性影响很大。而流体又分为层流或湍流，用雷诺数表示。根据公式：

Re为雷诺数， �ω 是衬底的角速度（rad/s），�r 是衬底的半径（m），而 �v 是空气的运动粘度。通常，空气的运动粘度在标准大气压下和室温（约20°C）时大约是1.56×10-5m2/s。从公式可以看出，晶圆尺寸越大，转速越快，晶圆上方流体的雷诺数越大。

在旋涂过程中，通常可以使用上面的公式来估算雷诺数，以确定流体流动的特性。根据经验，当雷诺数Re大于302000时，会被定义为过度湍流，那么光刻胶的均匀性会大打折扣。因此，旋转速度不能过高。

举个例子，以一片12inch的晶圆（半径0.15m）为例，要保证良好的均匀性，

0.15x 0.15ω/1.56×10-5≤302000

则角速度w≤209.4

转化为转速N≤2000

也就是说，12inch晶圆在匀胶时最大转速不要超过2000转，2000转以上可能就会出现光刻胶均匀性下降的风险。其他尺寸晶圆的最高匀胶速度以此类推。

最后，匀胶的时间不宜过长，因为随着匀胶时间的增加，光刻胶中的溶剂在不断地挥发。随着时间延长，膜层开始干燥，这会影响其均匀性和质量，增加时间成本，因此根据经验，5微米以下的薄胶，匀胶总时间最好不要超过一分钟。

审核编辑：汤梓红