Az angol spin coater néven ismert berendezés segítségével egyenletes vastagságú, vékony filmeket visznek fel sík felületekre (ami általában egy vékony lemez). A bevonó anyag mindig folyadék, ami a berendezés által megforgatott lemezen (szubsztrát) a rá ható centrifugális erő hatására szétterül a teljes felületén. A lemez peremét elérve a felesleges bevonóanyag lerepül róla és a fennmaradó részből így alakul ki a kívánt vastagságú bevonat. Még nem sikerült egységesen elfogadott magyar elnevezést találni rá, ezek a próbálkozások ismertek: pörgetéses bevonó, forgásos bevonatoló.

A spin coater tengelyén egy furat megy végig. A berendezés belsejében a tengely vége, egy, a forgást lehetővé tevő illesztésen és egy szelepen keresztül egy folyamatosan működő, külső vákuumszivattyúhoz csatlakozik. A tengely felül kiálló végére egy mintatartó alátét illeszkedik, közepén lyukkal, amely összeköttetésben van a tengely furatával. A bevonni kívánt lemezt, ha a szelep kinyit, vákuum tartja a berendezés mintatartóján, forgás közben. bélyegkép|Egy spin coat recept. A lemez először t1 időig felpörög RPM1-re, azután ezen a fordulatszámon marad t2-ig, majd RPM2-re pörög fel és t3-ig, és ezen a fordulatszámon marad egész t4-ig. Ezután leállásig fékez. bélyegkép|P6700 spin coater (Specialty Coating System Inc.) Az alufóliával bélelt edény gyűjti a forgatás során lerepülő cseppeket (használat után a fóliát kicserélik). Benne a tengely végére illesztett kerek tartó, közepén lyukkal a rátett lemezt rögzítő vákuumhoz. Általában elszívó fülkében használják és mellette van a bevont lemez szárítására szolgáló melegítőlap is. Itt nincs rajta lemez.

A vékonyréteg készítés menete A megfelelően megtisztított lemezt (szubsztrátot) a mintatartóra helyezik és a berendezés a tengely furatára kapcsolja a vákuummal rögzíti azt. Ha nem alakul ki elegendően erős vákuum, a berendezés hibát jelez és leáll, mert ezt általában az okozza, hogy a lemez nincs a tartón (például: forgatás közben lerepült). A rögzített lemez közepére (forgástengely) megfelelő mennyiségű bevonóanyagot juttatnak. Egy másik módszer az, amikor a lemez teljes felületén, vastag rétegben terítik szét. Ez általában pipettával történik. Elindítják a forgatást. Ipari alkalmazásokban nem kézzel, hanem a lemez forgatása közben, egy erre szolgáló adagolócsőből juttatják a bevonó folyadékot a lemez közepére. A berendezés memóriája recepteket tárol, melyek lépésekből állnak. Minden lépéshez három jellemzőt adnak meg: a következő elérendő fordulatszám (percenkénti fordulatok száma, angolul: revolutions per minutes, RPM) azt az időt, míg az előző fordulatszámról erre felgyorsul (másodpercben), ezen a fordulatszámon hány másodpercig forogjon. Fizikai okokból a forgatott lemez peremén a bevonófolyadékból egy vastagabb, gátszerű rész alakul ki (angol kifejezéssel: egde-bead) amit bizonyos esetekben zavaró lehet és ezért el kell távolítani. Ez egy híg oldószernek (angolul: egde-bead remover) a még forgó lemez peremére folyatásával történik. Ez gyakorlatilag lemossa a megvastagodott részt a lemezről (segít a lerepülésében). A recept lefutása után a gép megállítja a forgást, a tartóról lekapcsolja a vákuumot, fellevegőzi a tengelyfuratot, ezzel elengedi a lemezt, amit így levehetővé válik.

A lemezen létrehozott filmből ezután melegítéssel elpárologtatják az oldószert és felületén szilárd (megszáradt) rétegként marad fenn a kívánt bevonat. Vannak esetek, amikor a bevonófolyadék oldószere annyira illékony, hogy már forgatás közben elpárolog. Minél nagyobb a fordulatszám, vagyis a forgás szögsebessége (és a rétegre ható centrifugális erő) annál vékonyabb lesz a kialakuló film. Vastagsága az oldat viszkozitásától és koncentrációjától, valamint benne levő oldószertől is függ. Vékony folyadékréteget alkalmaznak néha mikrofluidikai csatornák építéshez. Ilyenkor az összeragasztandó felületeket, a lemezen spin coat technikával létrehozott rétegbe nyomva nedvesítik meg. Így a folyadék csak a felületre jut, máshova nem (ami túl vastag réteg esetén bekövetkezik). Ezekben az esetekben a vékonyréteget alkotó folyadék nem tartalmaz illékony oldószert (például: meg nem szilárdított PDMS).

Elméleti leírás A pörgetéses bevonás elméleti elemzését elsőként Emslie és munkatársai végezték, amelyet számos későbbi szerző kiterjesztett. Közöttük Wilson és munkatársai, akik a bevonat létrehozása során a bevonó anyag sugár irányú mozgásának sebességét vizsgálták. Danglad-Flores és munkatársai pedig általános leírást adtak a felületen létrejött filmréteg várható vastagságának kiszámítására.

Ezt az egyszerűsített összefüggést adták meg Yonkoski és munkatársai a kialakuló réteg vastagságára:

, ahol egy tapasztalati állandó, a bevonó folyadékban a szárított réteget alkotó anyag koncentrációja, a forgás szögsebessége.

Általában igaz az, hogy a forgatási sebesség megduplázásával a réteg vékonyodása 30%-40%.

Pontosabb közelítéssel is szolgáltak Meyerhofer és munkatársai (azzal a feltételezéssel, hogy a Newtoni folyadékról van szó, ami lamináris áramlással terül szét a felületen és a viszkozitása kisebb, mint 5000 cP):

, ahol a bevonó anyag koncentrációja a folyadékban, a folyadék viszkozitása, a forgatás szögsebessége, tapasztalati állandók. A kész bevonat várható vastagságát egy spin coat kalkulátor ki is számolja nekünk.

A pörgetéssel létrehozott bevonatolást széles körben alkalmazzák funkcionális oxidrétegek mikrogyártásában, üveg- vagy egykristályos hordozókon (alaplemezeken), szol-gél előkezelés segítségével, ahol egyenletes, nano-vastagságú rétegek létrehozására használható. Alapvető technikának számít a fotolitográfiában, mikrométeres vastagságú fotoreziszt rétegek kialakítására.

A fotorezisztek használati útmutatójában a gyártó megadja a spin coater berendezéssel készített bevonathoz szükséges receptet, illetve egy görbével azt, hogy adott rétegvastagsághoz milyen maximális fordulatszámmal kell dolgozni.

A bevonó anyagok típusneve általában egy számot is tartalmaz, melynek utolsó két számjegye azt a rétegvastagságot adja meg amit 3000 RPM fordulatszámnál érhető el (szárítás után). Például az SU-8 2007 esetén ez az érték 7 mikron.

A spin coatereket széles körben használják polimerekből készült, síkbeli fotonikus szerkezetek előállítására is, vagy például LCD kijelzőkhöz való igazítófóliák előállításánál.

A spin coaterrel létrehozott rétegek egyik előnye hogy vastagságuk nagy mértékben egyenletes, ingadozása kisebb mint 1%.Bevonatról bevonatra ingadozása is alacsony, ezért alkalmasak félvezető eszközök gyártásához ahol a gyártástechnológiában létfontosságú az alkalmazott fotoreziszt rétegek jól szabályozható, egyenletes, pontosan megismételhető rétegvastagsága.

Jegyzetek Kategória:Nanotechnológia

Fordítás