图1开口向下流体微团受力分析简图Eg.1Forcedi agramofi nfi ni tesi m alfl ui d dow n openi ng稀释后得光刻胶在高速旋涂过程中不断挥发,尤其在最后阶段,由于胶层很薄,在气流的带动下很快挥发变成凝固的胶层,实际上黏度是变化的,为了便于简化分析,假设黏度是常量。对于旋涂光刻胶的凹球面:sin口2专,( 1)式中,口为流体微团沿球面切向与水平方向的夹角,r为与工件旋转轴的距离,R为基底的球面半径。任取~单位质量胶液,当离心机迅速加速至稳定转速∞时,作用在质点上的力除了重力外还有离心力( 受力分析如图1) 。微团沿球表面切向的运动方程为:一∥ 若2一舭2cosO - - gsi n0,] 2..( 2)式( 2) 中,/a表示光刻胶运动黏度,钞表示微团在薄膜厚度2方向的径向速度,2表示流体薄膜厚度方向的高度,P表示流体密度,鲫表示旋涂角速度。由于胶层厚度远小于基底的表面特征尺寸,符合润滑近似条件,因此认为流体和基底的表面没有滑移。此时的光刻胶在凹球面内表面流动,其边界条件与在平面上流动的边界条件[ 11] 不同,根据分析得到的边界条件为:当r=O 时,z=O ,v( r,名,￡) =0,所以万方数据 第8期刘小涵,等:球面旋涂光刻胶工艺1813_J ' u(r,彳,￡)=O ,( 3)则可得到口2去(专z2一艿z)(舢2o弦=7+g) ,( 4)不可压缩流体方程为:Sd#￡+l,.dSr、J0谢名)一0,将式( 4) 代入式( 5) ,可得筹+丢(IDm 2棚阿+g)雾+嘉(胛2笔善+29)-o.( 5)‘ b’d￡,.dr、J o谢名7一’( 6)‘ 6’硒‘ 舢‘ 丽州g户u·任意r处薄膜厚度艿的微分方程为:d出3_88出f38dr8t3rdt,( 7)⋯’塑鲨:! 型! 堑垦! 二￡± 曼2.4-塑一3r艘鑫c29一舢2面3r2--亏2R2,,对比式( 7) ,( 8) 可解得:警=基(29叫厨3rz--了2R2),式( 9) 没有考虑溶剂的挥发。定义e为胶层中溶剂的挥发速度,当,.为定值,对式( 9) 积分可得』笋=f去c29一掣2了3r两2--2R2刊毗㈣,实验研究表明溶剂的挥发速度在整个表面是相等的,与工件的旋转角速度有关:e=C石,式中C为试验条件的综合系数,由实验室的环境条件( 温度、湿度) 和设备条件决定。3t( 8)( 9)( 11)流体运动黏度∥ 与光刻胶胶液黏度叩的换算为:P2叩/P.( 12)由式(10),(11),(12)可得:艿:f-2p(pc02瓶3rZ可--2R2 I_c石_29)r.(13)I———∑—瓦鬲————~qj从式( 13) 可以看出球面旋涂光刻胶层厚度与光刻胶黏度、转速和径向位置密切相关。在位置r一0时膜厚公式没有意义,因此在旋转轴附近的流体分布永远不会均匀‘ ” ] 。实验研究表明:要使其胶膜均匀,可采用主轴与工件中心轴偏心的方以得到均匀的光刻胶膜。当胶液黏度确定后,离心涂胶的转速与胶膜厚度成反比;当转速一定时,胶膜厚度与黏度成正比,说明理论分析与现实情况是相符的,正确的。由理论分析看出,要得到厚度均匀的膜层,最主要的是根据要涂布的光刻胶厚度,调合适的光刻胶黏度、控制涂胶过程中的3个阶段的主轴转速和旋涂时间。3实验与测试为了验证理论分析的正确性,在妒120,SR=300 m m ,矢高为12.5 m m 的K9玻璃凹球面上,采用正性光刻胶( 国产BP一212( T) ) 开展涂胶工艺实验( 根据工程制作要求,需在大口径Q 270的头罩上涂布光刻胶,但由于原子力显微镜无法测试大口径球面的膜厚,只能在小口径球面上试验,然后根据实验数据近似模拟大口径涂胶需要的工艺参数,以下数据都是试验件的测试数据) 。首先设计了工装夹具,如图2所示:为减轻重量,上罩由三根筋板支撑,为了便于剩余的胶液在高速旋涂时穿过下支撑空隙甩离工件表面,其设计成大面积空隙结构;顶部靠弹簧压紧,以增加高速旋涂时的稳定性;侧面用顶丝紧固( 压力不能过大) ,通过顶丝...