匀胶机旋涂时出现的常见缺陷

在制作微流控芯片时，匀胶旋涂是最重要的步骤之一，那么在旋涂过程中会出现哪些常见的问题呢？

彗星

这些通常发生在相对较大的固体颗粒阻碍溶液在旋转晶片上的正常流动模式时。除了在“旋转”期间，流动通常是平滑的和径向的（径向速度梯度由适用的力平衡和粘度限制控制）。彗星的存在可以通过在更清洁的环境中工作和过滤涂层来减少或消除解决方案作为分配过程的一部分。

条纹

条纹是涂层薄膜中厚度变化的径向取向线。通常它们是非常平滑地变化的厚度变化，其间距或周期性在 50-200 微米左右的范围内。它们的方向对应于主要流体流动的方向。它们的出现被认为是由于蒸发驱动的表面张力效应而产生的。轻质溶剂的早期蒸发会导致表面层中水和/或其他不易挥发的物质富集。如果该层的表面张力大于起始溶液（并且仍然存在于更深的水平），则存在不稳定性，其中较高的表面张力实际上以规则的间隔将材料吸入，而两者之间的空间更能够蒸发，和表面浮雕发展。这主要是由于 Marangoni 效应，它控制着葡萄酒在酒杯侧面的排水模式中结构的发展：乙醇首先蒸发，留下一个乙醇耗尽的酒层，该层聚集成小溪并沿着玻璃壁排出。

蒸发驱动的表面张力效应可以通过以下方式产生条纹：

蒸发过程使顶层具有不同的成分，因此具有不同的表面张力。然后，顶面可能会变得不稳定，不受“长波长”扰动的影响，而这些扰动又会变得不稳定。控制什么是稳定和什么是不稳定的确切条件仍然不为人知。我们的初步模型是，您希望蒸发过程将局部表面张力驱动到较低的值，这将趋于稳定系统。目前正在对许多溶胶-凝胶和聚合物涂层系统进行测试。

卡盘标记

这些图案可以通过晶圆顶部的溶液和晶圆背面的金属真空卡盘之间的热“交流”产生。因此，基板材料的热导率和热驱动力（主要是蒸发冷却，但也可能是由于溶液与基板和卡盘之间的温度差异）非常重要。右图在玻璃基板上具有单层溶胶-凝胶衍生涂层。硅晶片由于其较高的导热性，与玻璃或塑料相比，通常具有较小的厚度差异。

环境敏感性

在周围环境中制作涂层时，周围环境可能会对涂层质量产生影响。一个关键变量是周围空气的湿度。对于许多溶液而言，水在溶液本身的化学性质中起着重要作用，因此当环境中存在不同量的水时，可能会导致不同的涂层质量。这可以表现为涂层粗糙、涂层在进一步干燥时出现微裂纹、涂层中形成夸张的条纹等。显然，对旋涂机周围环境的密切控制其重要性不言而喻。

晶圆边缘效应

基板的边缘始终是需要关注的区域。如果可以在边缘保持更好的均匀性，则可以将更多区域用于器件制造。边缘是有几个原因的问题。首先，表面张力效应使径向向外流动的溶液难以从晶片上分离。因此，一个小的液体“珠”可以围绕整个周边保持附着，并在该边缘区域产生更厚的涂层。此外，如果基材不是完全圆形，特别是如果它们是正方形或矩形，那么突出部分（角落）上方的气流将受到干扰。虽然流动可能仍然是层流，但它会有不同的流动历史，通常会导致这些角落区域的涂层厚度不均匀。

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