一种彩膜光刻胶实验室涂膜均匀性研究

徐茹，耿红超，霍学兵

（合肥京东方光电技术有限公司，安徽合肥 230000）

光刻胶所有性能的评价都建立在涂膜工艺的基础上，这就对光刻胶实验室涂膜提出了更高的要求，以达到产品性能检测的准确性及重复性更佳，涂膜工艺直接影响到涂膜的厚度、反复涂膜时的重复性。本文主要从涂膜用玻璃基板的尺寸、匀胶设备的设置及人员作业细节等方面研究如何提升实验室光刻胶评价时涂膜的均匀性及重复性。

1 光刻胶实验室涂膜工艺说明

首先将光刻胶样品在室温（23.0±3）℃下进行回温，以达到光刻胶可以涂膜的正常粘度状态[1]，其次用于涂膜的玻璃基板的准备，最后设置旋涂仪，打开真空吸附泵进行旋涂作业。

使用显影液（KOH的稀释液）超声清洗玻璃基板，再使用纯水将玻璃基板表面的显影液冲洗干净，接着使用氮气干燥之后进行烘干作业，在涂膜前需使用紫外光进行照射以除去表面有机物[2]。

旋涂作业开始前设置旋涂转速，将玻璃基板吸附在旋涂仪上（使用MIKASA B150进行作业），使用一次性滴管将光刻胶样品滴在玻璃基板上，点击“开始”按钮进行旋涂作业。影响旋涂膜厚均匀性的主要原因是玻璃基板尺寸大小及旋涂转速设置等条件，我们将这些实验条件进行优化，以实现涂膜的均匀性。

2 实验过程及讨论

2.1 玻璃基板尺寸对涂膜均匀性的影响

为明确玻璃基板尺寸大小对光刻胶涂膜均匀性的影响，减少其他因素对实验结果的影响，我们选择同一个光刻胶，使用同一台旋涂仪，由同一名作业者进行旋涂操作，对8 cm*8 cm、10 cm*10 cm及15 cm*15 cm三种尺寸玻璃基板进行涂膜，在涂膜的玻璃基板前烘后进行表面膜厚的测量，进而计算膜厚的均匀性[3]。

（1）8 cm*8 cm玻璃基板膜厚测试结果

图1 8 cm＊8 cm玻璃基板测试图

根据实验结果，玻璃基板①的表面膜厚均一性为6.58%（均一性计算方法：（最大值-最小值）/（最大值+最小值））。

根据实验结果，玻璃基板②的表面膜厚均一性为6.50%，实验结果与玻璃基板①一致。

图2 8 cm＊8 cm玻璃基板测试图

（2）10 cm*10 cm玻璃基板膜厚测试结果

图3 10 cm＊10 cm玻璃基板测试图

根据实验结果，玻璃基板③的整体表面膜厚均一性为6.74%，但是6 cm*6 cm范围内的膜厚均一性为2.73%，表面均一性优于8 cm*8 cm玻璃基板旋涂出来的膜厚。

图4 10 cm＊10 cm玻璃基板测试图

根据实验结果，玻璃基板④的整体表面膜厚均一性为7.32%，但是6 cm*6 cm范围内的膜厚均一性为2.83%，表面均一性优于8 cm*8 cm玻璃基板旋涂出来的膜厚。

（3）15 cm*15 cm玻璃基板膜厚测试结果

图5 15 cm＊15 cm玻璃基板测试图

图6 15 cm＊15 cm玻璃基板6 cm＊6 cm范围测试图

根据实验结果，玻璃基板⑤的整体表面膜厚均一性为7.54%，虽然玻璃基板整体的膜厚均一性没有太大的改善效果，但是在中间区域6 cm*6 cm范围内的膜厚均一性达到1.33%，涂膜表面均一性优于8 cm*8 cm及10 cm*10 cm玻璃基板旋涂出来的膜厚。

图7 15 cm＊15 cm玻璃基板测试图

图8 15 cm＊15 cm玻璃基板6 cm＊6 cm范围测试图

根据实验结果，玻璃基板⑥的整体表面膜厚均一性为6.98%，虽然玻璃基板整体的膜厚均一性没有太大的改善效果，但是在中间区域6 cm*6 cm范围内的膜厚均一性达到1.45%，涂膜表面均一性优于8 cm*8 cm及10 cm*10 cm玻璃基板旋涂出来的膜厚。

由此可见，在相同操作方法的情况下，大尺寸玻璃基板的整体均一性虽然变化不明显，但在排除玻璃基板边缘处的影响后，涂膜的均一性随着玻璃基板尺寸的变大而变得更好。在大尺寸的基板上涂膜后，由于存在大范围比较好的均一性，大大提升了玻璃基板的可检测区域，减少人员作业产生的测试数据波动。

2.2 旋涂设备对涂片膜厚的影响

不同的旋涂设备有不同的设置方法，首先在实验之前先确保旋涂设备在各个转速下的稳定性，实验15 cm*15 cm玻璃基板进行测试，然后将旋涂仪设置为有加速减速和无加速减速的两种条件进行膜厚均一性测试。

（1）不设置Slope涂布

图9 无slope设置转速图

图10 无slope设置15 cm基板膜厚测试图

图11 无slope设置15 cm基板6 cm范围膜厚测试图

旋涂设备直接设置一个转速和旋转时间，不设置加速及减速时间，直接对样品进行涂布测试。

根据实验结果，玻璃基板在不设置Slope情况下的整体表面膜厚均一性为8.78%，中间区域6 cm*6 cm范围内的膜厚均一性为2.12%，涂膜表面均一性不如设置Slope的涂膜表面均一性。

图12 有slope设置转速图

（2）设置Slope涂布旋涂设备设置一个加速及减速时间进行样品涂布。上述实验玻璃基板⑤⑥即按照设置Slope模式进行的实验结果，实验结果优于不设置Slope的膜厚均一性。

3 结论

根据上述实验结果，在相同涂布工艺下，大尺寸玻璃基板的涂膜均一性优于小尺寸玻璃基板，且大尺寸玻璃基板在涂膜后在可选择评价的6 cm*6 cm范围内均一性比较好，在产品评价时可大大降低人员操作间差异性。

同时在玻璃基板尺寸相同的条件下，我们在涂布作业时将设备设置为缓慢加速及减速的情况下涂膜均一性优于不设置slope的情况。