勻膠膠厚均勻性的研究

徐建建

（雙環(huán)電子集團(tuán)貝迪斯電子有限公司，安徽 蚌埠 233010）

一、概述

片式電阻器的生產(chǎn)，在實(shí)現(xiàn)阻值的過程中一般采用兩種方式，一種是激光調(diào)阻，通過采用高頻的激光打點(diǎn)，聚焦在膜層表面，產(chǎn)生的高溫瞬間使得電阻表面的合金膜層汽化，一般采用對(duì)刀切的方式來實(shí)現(xiàn)電阻圖形，達(dá)到提高阻值的目的。由于激光產(chǎn)生的高溫，在其切割的路徑上，合金膜層會(huì)被高溫氧化，后續(xù)產(chǎn)品的加工過程變化量變大且離散，導(dǎo)致最終產(chǎn)品的一致性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性受到一定的影響。

另一種方式，就是采用光刻的工藝，利用曝光機(jī)曝光的方法，將掩膜版的電阻圖形印制在涂有光刻膠的電阻合金膜層上，曝光后被掩膜版覆蓋的光刻膠部分得到保護(hù)，而未被掩膜版覆蓋的光刻膠部分，被紫外光照射后光刻膠發(fā)生分解反應(yīng)，后期在經(jīng)過顯影液的清洗，將曝光后的光刻膠去除，得到掩膜版上預(yù)期的圖形，再經(jīng)過濕法刻蝕去除沒有光刻膠保護(hù)的電阻合金膜層，來得到想要的電阻圖形實(shí)現(xiàn)阻值的提高。

光刻工藝的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，最主要的是圖形分辨率高，還原度高，不像激光調(diào)阻使合金膜層受到高溫影響，產(chǎn)品一致性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，但是光刻工藝同樣由于操作的復(fù)雜程度、選取原材料價(jià)格以及設(shè)備價(jià)格，都導(dǎo)致光刻的成本的提高，一般來說光刻的成本將會(huì)占到整個(gè)成產(chǎn)成本的三到四成，同時(shí)又影響最終產(chǎn)品質(zhì)量，故光刻工藝一般都是關(guān)鍵工藝。片式薄膜電阻器本身的電阻膜層較薄，又對(duì)電阻圖形要求精密，所以對(duì)光刻工藝的第一工步——?jiǎng)蚰z提出了較高的要求，光刻膠的厚度和均勻性就成為勻膠工藝的重要性能指標(biāo)。

目前大多數(shù)光刻膠的勻膠工藝普遍采用的是旋轉(zhuǎn)勻膠法，旋轉(zhuǎn)勻膠法工藝簡(jiǎn)單、設(shè)備價(jià)格低廉，膠厚控制難度低，故本公司也是采用旋轉(zhuǎn)勻膠法，本文對(duì)旋轉(zhuǎn)勻膠法的膠厚均勻性進(jìn)行了研究介紹。

二、勻膠工藝簡(jiǎn)介

所謂旋轉(zhuǎn)勻膠法就是，首先把光刻膠通過滴管滴在緩慢旋轉(zhuǎn)的基片中心處，光刻膠會(huì)逐步擴(kuò)散到基片整個(gè)表面，形成最初的光刻膠薄膜，此時(shí)基片加速旋轉(zhuǎn)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，基片在高速旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的離心力，會(huì)將基片表面多余的光刻膠甩出，同時(shí)在表面張力的作用下，膠膜厚度逐漸變的更薄，直到達(dá)到需要的厚度，從而使基片上得到厚度均勻的光刻膠薄膜。

三、轉(zhuǎn)速、時(shí)間對(duì)膠厚均勻性的影響

要想光刻出的圖形滿足工藝的要求，那么光刻膠的厚度也必須滿足設(shè)計(jì)的要求，光刻膠太厚，曝光不充分，最后的圖形殘留太多；光刻膠太薄，曝光太過，圖形會(huì)有殘缺；所以同一塊基片，如果光刻膠涂覆有的地方厚，有的地方薄，在同一曝光時(shí)間下，有的地方曝光不充分，有的地方曝光太過，都會(huì)導(dǎo)致最終的電阻圖形受到影響。本次研究使用粘度為50mpa.s的正性光刻膠，通過調(diào)整基片的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，可以得到厚度不同的光刻膠膜。

本次研究選取轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速度參數(shù)有每分鐘2000轉(zhuǎn)、2500轉(zhuǎn)、3000轉(zhuǎn)、3500轉(zhuǎn)、4000轉(zhuǎn)、4500轉(zhuǎn)、5000轉(zhuǎn)，以及旋轉(zhuǎn)時(shí)間為 15S、20S、25S、30S、35S、40S，勻膠完成后，使用臺(tái)階儀對(duì)各參數(shù)下的膠膜厚度進(jìn)行測(cè)試，形成表1的數(shù)據(jù)。

表1 不同轉(zhuǎn)速、時(shí)間下膠厚

為了更直觀的觀察，將上表的數(shù)據(jù)做成折線圖，如圖1所示。

圖1 折線圖

從圖1可以看到，光刻膠在50mpa．s粘度下，當(dāng)基片的旋轉(zhuǎn)速度高或旋轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)時(shí)，因?yàn)殡x心力很大，大量的光刻膠被甩出，致使膠膜太薄；當(dāng)基片轉(zhuǎn)速低或者旋轉(zhuǎn)時(shí)間短時(shí)，因?yàn)楫a(chǎn)生的離心力不足，光刻膠不能完全擴(kuò)散并覆蓋整個(gè)基片表面，致使光刻膠膜厚薄不勻。所以如果想要控制好膠厚，必須根據(jù)所選用的光刻膠粘度不同，來確定基片的旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間，以獲得適合產(chǎn)品的膠厚和均勻性，來滿足后面曝光的工藝需求。

四、前烘溫度、時(shí)間對(duì)顯影圖形的影響

勻膠結(jié)束后的光刻膠還處于未固化的狀態(tài)，此時(shí)若進(jìn)行曝光，會(huì)污染掩膜版，所以必須對(duì)光刻膠進(jìn)行前烘，使光刻膠略微固化，并提高和基片的附著力。本文研究了不同前烘溫度、時(shí)間對(duì)勻膠后的基片進(jìn)行處理，然后曝光、顯影觀察圖形之間的差別，并形成表2。

表2 前烘溫度、時(shí)間對(duì)顯影的影響

80±5 15±5 圖形滿足要求60±5 15±5 光刻膠未固化，污染掩膜版

通過上表可以看出，當(dāng)烘烤時(shí)間一定時(shí)，前烘溫度越高，光刻膠的感光度越低，前烘溫度越低，光刻膠中的溶劑難以徹底揮發(fā)，膠層過軟，容易粘到掩膜版。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前烘溫度85℃時(shí)，時(shí)間20分鐘，所獲得的圖形最好。

五、結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過對(duì)勻膠工藝的鉆研，剖析了勻膠工藝的中基片旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)膠厚均勻性的影響，和前烘處理中溫度、時(shí)間對(duì)顯影圖形的影響，以期使勻膠工藝減小對(duì)光刻的影響，使最后的電阻圖形能夠滿足要求，從而提高最終片式薄膜電阻器的可靠性和一致性。

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[3]向 東．半導(dǎo)體制造中涂膠工藝的研究進(jìn)展[J]．中國(guó)機(jī)械工程，2012,(3)：25．