高精度匀胶机运行过程与注意事项解析

SPIN PROCESSOR
匀胶旋涂过程四步曲
Respect your decision
匀胶旋涂技术（spin coating）已在许多领域取得广泛应用。

集成电路
在半导体，集成电路的光刻工艺中，将光刻胶涂覆在硅片，聚二甲基硅氧烷
（PDMS）等表面；
金属表面处理
在防腐蚀工程方面，将具有抗腐蚀性，疏水性等功能性有机物或颗粒物
均匀的涂覆在需要被保护的材料表面等；
可弯曲平板
目前，随着超薄薄膜旋涂技术的成熟，未来很有可能可以生产出柔性的
可穿戴的电子设备，电子纸等高技术产品；
本文介绍了匀胶机旋涂过程的几个阶段，并说明一些注意事项，来帮助读者以及有意愿购买使用匀胶机的朋友提供一些意见。

总体来说匀胶机的运行可以按基片旋转速度及胶质的变化，分为4个阶段：滴胶，加速旋转，匀速旋转以及去边，其中第3阶段匀速旋转阶段是胶质涂层厚度和均匀性控制的重要阶段。

在滴胶前，胶质需经过亚微米级别
的过滤处理，否则薄膜有可能形成
彗星图，星状图，或产生气泡。

图1 滴胶
滴胶阶段是将胶质溶剂沉积在基片上中心位置的过程。

可以手动滴加，或用配
备的自动滴胶器滴加。

一般而言，自动滴胶方式由于是自动机械化操作，最终
薄膜的厚度，均匀性，及可重复性都很好，并且也可以减少易挥发的毒性气体
与身体接触。

而手动滴胶是人工操作，适合要求不高的薄膜制备。

滴胶过程可采用静态滴胶或动态滴胶两种方式，静态滴胶是在基片旋转之前就将
胶质滴加沉积在基片中心，动态滴胶则是基片一边以一定的速度旋转（一般是
500RPM），一边滴胶，如图1所示。

如果胶质或基片是疏水性的，可以选择
动态滴胶法，另外动态滴胶法所需的滴胶量也可以略少。

加速旋转
有些胶质中的溶剂挥发性很强，如果基片没有在短时间内稳定快速的
加速到设定的速度，胶质中的溶剂
就会快速挥发，从而导致胶质的粘性迅速增强，从而影响对涂层厚度
的控制。

加速旋转阶段中基片以一定的加速度旋转，胶质溶剂开始向基片边缘扩散，会有部分胶质开始被甩出基片，如图2所示。

在加速初始阶段，胶质是以一定的高度堆积在基片表面，胶质的底部与基片表面粘在一起，并一起旋转。

而胶质的上层由于惯性作用，其转速无法与基片同速，因此胶质形成螺旋状。

随着胶质在离心力作用下持续向基片边缘扩散，螺旋状逐渐消失，胶质变薄为涂层，并覆盖基片表面，涂层与基片旋转速度完全同步。

在基片的加速旋转阶段，旋转速度高精度的控制，以及旋转时间的准时设置非常重要。

其实，无论胶质具有怎样的性质，匀胶机都需具备高精度，稳定的马达旋转速度控制系统，这样才可以制作厚度均匀可控的薄膜。

目前，国外进口的匀胶机在速度控制方面一直具有良好的技术优势，有的匀胶机通过了美国国家标准技术研究所NIST （National Institute of Standards and Technology ）的激光测量标准认证，如MYCRO 系列高精度数码匀胶机McSpin Coater 。

McSpin Coater 图2 加速旋转
匀速旋转、去边
胶质溶剂在加速旋转至设定速度时，已经形成一定厚
度的涂层。

在接下来的匀速旋转过程中，由于胶体的
粘性力仍然小于所受到的离心力，涂层持续向基片边
缘扩散，基片边缘的胶质也不断地被甩出，涂层厚度
逐渐减小，如图3所示。

在匀速旋转阶段中，胶质的粘性力和
挥发作用是影响薄膜厚度与均匀性的
重要因素。

同时，由于涂层已覆盖整个基片表面，并且受基片上方快速流动的
气流影响，溶剂的挥发速度加快，导致胶体的粘性力也不断增加，
开始形成难以流动的胶状物。

此时，胶质涂层所受到的各个方向的
力达到平衡，涂层的厚度也达到最终状态。

最后，在涂层薄膜的边缘部位，由于胶质表面张力的作用，
薄膜边缘部分的胶质难以被甩出基片，会形成厚度不均匀
的薄层，甚至会扩张至基片的背面，因此基片边缘需要经
过去边处理（EBR，Edge Bead Removal），如图4所
示。

去边处理包括基片正面和背面的化学去边处理，以及
基片正面的光学去边处理。

图3 匀速旋转
图4 去边
选择McSpin 的N 大理由
MYCRO 美国原装进口的旋涂仪，自1985年，我们便专注于提供化工半导体材料的涂覆工艺。

公司拥有McSpin SYSTEM 系列各类旋转涂覆设备McSpin Coater ，McSpin EDC （蚀刻/显影/清洗）及高端的Mc Wet Station 湿站一体化系统，目前我们的客户已遍布全球。

高精度马达控制系统
McSpin Coater 采用高计数位光学编码器输入至伺服马达控制器，可保证
100-12000RPM 的稳定转速，设置速率与实际转速误差在+/-0.5RPM 之内，分辨率小
于0.5PRM ，无负载时加速度可达80000RPM/S ，达行业内极限加速度，且速度控制无
需校准，从而可以准确的对旋转速度和时间进行控制。

多种定制托盘
McSpin Coater 专注于设计不同尺寸和形状的真空托盘，非真空托盘，以及托盘转化器，
如常用的高速旋转真空薄型托盘及转化器，用于超薄易碎基片旋涂的真空蜂窝托盘，可用
于旋涂显微镜盖玻片等基片的嵌入式托盘，以及可同时进行双面涂覆的双面托盘等，足以
满足您不同的旋涂要求。

高强度防腐蚀机身材料
McSpin Coater 机身采用天然聚丙烯（NPP ）或聚四氟乙烯(特氟隆, PTFE)材质，可抗强
酸强碱物质的腐蚀，同时NPP ，PTEE 材质还具备重量轻、抗冲击碰撞、坚固耐用，且花
纹自然，光泽度好等特征。

精确调控数码控制器
McSpin Coater 数码控制器可精确设定100-12000RPM 稳定的旋转速度，0-999秒旋
转时间，时间误差小于0.05秒。

若远程连接至PC 客户端，McSpin 的SPIN3000软件
可轻松帮助您记录实验过程和各项数据，并实时监控整个过程。

工艺一体化设备
MYCRO 公司专注于旋涂工艺链的设备供应，在McSpin Coater 的基础上开发了McSpin
EDC （蚀刻/显影/清洗），Mc Wet Station 湿站一体化系统。

McSpin EDC 可进行蚀刻、
显影、清洗、干燥等，以及其他以清洗，干燥为最终步骤的实验过程，可保证基片干燥的
进出。

Mc Wet Station 湿站一体化设备集旋涂，蚀刻，显影，清洗，干燥于一个系统之
中，更快捷，简便的完成整个实验过程。

去边装置
手动及自动滴胶注射器
自动对齐工具
……
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