基本介紹
- 中文名：甩膠機
- 作用：將膠液均勻甩開
- 原理：旋轉產生的離心力
- 套用領域：半導體材料研發和製備工藝等
- 類別：機械裝置
- 組成部分：控制器和甩膠處理腔體
主要構成,工作原理,工藝過程分解,科研工藝,試劑選取,環境控制,
主要構成
該設備一般包含控制器和甩膠處理腔體兩大部分。控制器內一般有預製的PLC程式段，市面上常見的設備差異較大。KW-4A型簡易控制器，通過簡單的電控調速技術將旋轉速度簡單分為2~3個檔位，低檔用於甩開膠液，高檔用於均勻塗布。MYCRO-MSC型複雜控制器，設定20個程式段來存儲不同材料的製備過程，每個程式段能設定51步速度改變。
工作原理
機械裝置通過程式調控旋轉速度以此來改變離心力大小，並通過滴膠裝置控制膠液的流量，來達到製備薄膜所需的厚度，另外薄膜厚度也取決膠液的粘度，塗覆的溫度和濕度等環境因素。
該設備廣泛套用於MEMS微加工，它可以用來製備厚度小於10 納米薄膜。也常套用在約1 微米厚光刻膠沉積層的光刻工藝中。註：光刻膠剝離轉速通常需要是以每秒20至80轉的速度旋轉30到60秒才可以。
設備通過調控出不同的旋轉速度，使得膠液能夠散開達到基底材料的邊緣，並達到預定的厚度。所採用的膠液常常是易揮發的，同時也有可能被蒸發掉，因此，旋塗速度越高，所得到的薄膜越薄，當然薄膜的厚度也取決於這種膠液和其比兌的試劑混合後的粘度和濃度等因素。
工藝過程分解
雖然每個工程師的要求不完全一樣，但是旋塗過程大致可分為四個不同的階段：
Ⅰ.將膠液滴注在基底材料的表面。這可以通過使用一個注射器噴嘴，將待塗覆的溶液或者膠液噴灑或者滴注到材料表面。滴注的膠液量通常要要遠遠超過最終塗覆在表面的膠液量；
Ⅱ.通過極快極短地加速，使得基底材料的旋轉速度到設定的期望的理想轉速；
Ⅲ.以設定恆定的速率和時長旋轉基底，通過改變膠液的黏度力來改變薄膜的厚度；
Ⅳ.以設定恆定的速率和時長旋轉基底，通過膠液的揮發性來改變薄膜的厚度；
科研工藝
試劑選取
有許多種類的聚合物均可用作旋轉塗層，其中最簡單最典型的聚合物就是PMMA。它有適度的分子量，可與一些常見的溶劑適度溶解。其中溶劑三氯丙烷常被作為典型的溶解溶劑，但由於其毒性問題導致製備和質量控制的麻煩，如今常使用環己酮試劑代替。其他極性溶劑如DMF也比較常用。通常情況下10~30%的聚合物溶解於溶劑。溶劑的選擇和聚合物的分子量都對溶液的粘度影響很大，從而影響到所製備的塗層厚度。
旋塗用到的大多數溶液中都摻雜了活性染料或化合物。在非線性光學研究領域，通常會摻雜的化合物包括分散紅和DANS，用濃度為30%（染料/聚合物）。
環境控制
許多基底材料都可以用來塗覆，但是套用得最多的基底一般是一英寸見方的玻璃基底（如ITO玻璃）取自於實驗室用的載玻片。甩膠前，膠液需要經過濾來去除雜質，通常用0.45微米的過濾器。通常旋塗應該考慮在超淨間（10級或100級）中進行，大多數旋塗是在通風櫥里，載玻片被放置在旋轉託盤上，通過注射器滴管將膠液滴下。大致有兩個轉速範圍，第一階段，通過500~1000RPM的轉速，旋轉5~10秒鐘，使膠液得以平鋪開，而膠液厚度主要通過第二階段的速度變化來控制，一般轉速在1500RPM~6000RPM，旋轉時長從幾秒鐘到幾分鐘，如此既可以得到幾百個納米到數十個微米之間的均勻薄膜。
一旦旋塗完成後，載玻片通常是被迅速放置到一個制模加熱板上（Hot Plate）（一般可以加熱到400℃左右）的幾秒鐘或幾分鐘內，初步蒸發溶劑，固化薄膜。載玻片甚至需要烘烤幾個小時，或一個晚上，在烤箱或 真空爐在溫度高到足以充分蒸發餘下的溶劑。雖然不用放在培養皿中，但是通過一兩個烘烤步驟來保護薄膜遠離灰塵，以及溶劑冷卻對薄膜平滑度和質量的影響，使烘烤的蓋板半開著，以便溶劑順利蒸發掉。
