Funktionsweise, Eigenschaften und Anwendung von Spin Coatern
Klebstoffspender, auch als Klebstoffschleuder oder Spincoater bekannt, werden hauptsächlich als Filmbeschichtungsgerät zum Auftragen von Fotolack auf Wafer oder bei Sol-Gel-Experimenten verwendet. Das Grundprinzip eines Spincoaters besteht darin, verschiedene Klebstoffe auf ein sich mit hoher Geschwindigkeit drehendes Substrat zu tropfen und die Zentrifugalkraft zu nutzen, um den Klebstoff gleichmäßig auf dem Substrat zu verteilen. Die Dicke des Films hängt von der Viskosität des Klebstoffs, dem Viskositätskoeffizienten zwischen der Klebstoffflüssigkeit und dem Substrat, der Rotationsgeschwindigkeit und der Spincoating-Zeit ab[1]. Im Allgemeinen kann bei einer Geschwindigkeit über 2000 U/min der größte Teil des Klebstoffs gleichmäßig verteilt werden, und die Stabilität und Wiederholbarkeit der Spindelgeschwindigkeit sind der Schlüssel zur Bestimmung der Gleichmäßigkeit und Konsistenz der Filmdicke.
Spincoater werden hauptsächlich in den Bereichen Mikroverarbeitung von mikroelektromechanischen Systemen, Biologie, Materialien, Halbleiter, Plattenherstellung, neue Energie, Dünnfilme, Optik und Oberflächenbeschichtung sowie zur Beschichtung von Proben verwendet, deren Substrat nicht durch Tauchbeschichtung oder Filmabschaben beschichtet werden kann. Es gibt normalerweise zwei Möglichkeiten, Proben zu fixieren: Vakuumspannfutter und gerillte Probenplatte. Zum Fixieren der Probe mit einem Vakuumspannfutter ist ein Vakuumgerät erforderlich, das zum Fixieren von Substraten mit glatter Oberfläche, guter Ebenheit und ohne Verformung unter Vakuumabsaugung geeignet ist. Die gerillte Probenplatte wird zum Fixieren von weichen, größeren, unregelmäßig geformten Substraten verwendet.
Modelle und Merkmale von Spincoatern:
Der Spincoater VTC-50A wird von einem Single-Chip-Computer mit hoher Entstörungsfestigkeit gesteuert und die Rotationsgeschwindigkeit ist im Bereich von bis zu 1000 bis 8000 U/min sehr stabil. Es gibt zwei Arbeitsphasen für die Beschichtung – in der T1-Phase mit niedriger Geschwindigkeit wird die Filmflüssigkeit allmählich verteilt und der Prozess der Klebstoffinjektion abgeschlossen, während in der T2-Phase mit hoher Geschwindigkeit die Filmflüssigkeit gleichmäßig auf der Oberfläche des Substrats verteilt wird, um einen Film mit gleichmäßiger Dicke zu bilden und der Prozess der Klebstoffvereinheitlichung abgeschlossen ist. Eine gerillte PP-Probenplatte wird verwendet, um das Substrat zu fixieren. Auf der Schablone (die zusammen mit dem Spincoater geliefert wird) können je nach Form und Größe des Substrats Rillen unterschiedlicher Form und Größe geöffnet werden. Das Gerät ist leicht zu verwenden und einfach zu bedienen und beschädigt das Substrat nicht. Die maximale Größe der zu fixierenden Proben beträgt 55 mm × 55 mm.
Der Vakuum-Spinnbeschichter VTC-100 wird standardmäßig mit 3 Vakuumspannfuttern unterschiedlicher Größe geliefert. Das Substrat wird mittels Vakuumspannfutteradsorption fixiert und das Gerät verwendet ein zweistufiges Programm zur Geschwindigkeitssteuerung. Es gibt zwei Arbeitsstufen für die Beschichtung – T1 Niedriggeschwindigkeitsstufe zum Einspritzen des Klebstoffs und T2 Hochgeschwindigkeitsstufe zum Nivellieren des Klebstoffs. Nach dem Nivellieren des Films arbeitet die Vakuumpumpe eine Zeit lang weiter, bis die Maschine vollständig zum Stillstand kommt und der gesamte Prozess der Filmbeschichtung beendet ist. Geschwindigkeitsbereich: 500–8000 U/min, die maximale Größe der adsorbierbaren Proben beträgt φ100 mm.
Der Vakuum-Spinnbeschichter VTC-200 verwendet Vakuum-Spannfutteradsorption, um Proben zu fixieren. Das Gerät verwendet ein zweistufiges Programm zur Geschwindigkeitssteuerung – T1-Niedriggeschwindigkeitsstufe zum Einspritzen des Klebstoffs und T2-Hochgeschwindigkeitsstufe zum Nivellieren des Klebstoffs. Nach dem Nivellieren des Films arbeitet die Vakuumpumpe eine Zeit lang weiter, bis die Maschine vollständig zum Stillstand kommt und der gesamte Filmbeschichtungsprozess beendet ist. Geschwindigkeitsbereich: 500–8000 U/min, die maximale Größe der adsorbierbaren Proben beträgt φ200 mm.
Der Vakuum-Spincoater VTC-100PA kann zur Herstellung von Beschichtungsfilmen aus stark sauren und stark alkalischen Beschichtungslösungen verwendet werden. Das Gerät ist standardmäßig mit zwei Vakuumspannfuttern unterschiedlicher Größe ausgestattet, um Proben zu fixieren. Das Gerät kann 12 Programmsätze speichern, und jeder Programmsatz enthält 6 Betriebsstufen. Die Rotationsgeschwindigkeit des Geräts unterscheidet sich in den verschiedenen Betriebsstufen und wird langsam bis zur Höchstgeschwindigkeit erhöht, was der Gleichmäßigkeit des Films auf der Probenoberfläche zuträglich ist und Beschichtungsmaterial spart. Geschwindigkeitsbereich: 500 U/min – 10.000 U/min, die maximale Größe der adsorbierbaren Proben beträgt φ100 mm. (Der beheizte Spincoater mit oberer Abdeckung kann individuell angepasst werden.)
Die Kammer des UV-Spincoaters VTC-100PA-UV besteht aus PP und kann für starke Säure- und Laugenlösungen verwendet werden. Die obere Abdeckung dieser Maschine hat eine UV-Strahlungsfunktion, die für UV-empfindliche Klebstoffe geeignet ist. Die Kammer ist mit Lufteinlasslöchern ausgestattet, durch die während des Nivellierungsprozesses des Klebstoffs Schutzgas zugeführt werden kann. Die Proben werden mittels Vakuumadsorption fixiert. Ausgestattet mit einem speziellen Zentrierwerkzeug kann die Probe einfach in der Mitte der Vakuumspannvorrichtung platziert werden, um durch Exzentrizität verursachte Vibrationen zu reduzieren und ein Herausschleudern zu vermeiden. Drehzahlbereich: 500 U/min – 10.000 U/min, die maximale Größe der adsorbierbaren Proben beträgt φ100 mm.
Der Vakuum-Spincoater VTC-200P besteht aus PP und kann zur Herstellung von Beschichtungsfilmen aus stark sauren und stark alkalischen Beschichtungslösungen verwendet werden. Die Probe wird mittels Vakuumspannfutter-Adsorption fixiert. Das Gerät kann 12 Programmsätze speichern und jedes Programm enthält 6 Betriebsstufen. Der Einstellbereich der Geschwindigkeitssteigerungs- und -verringerungsrate jeder Stufe: 100 - 2000 U/min/s, der Zeitbereich jeder Stufe: 0 - 60 s. Die Rotationsgeschwindigkeit des Geräts unterscheidet sich in verschiedenen Betriebsstufen und wird langsam bis zur Grenzgeschwindigkeit erhöht, was der Gleichmäßigkeit des Films auf der Probenoberfläche zuträglich ist und Beschichtungsmaterial spart. Die obere Abdeckung der Kammer kann optional mit einer Heizfunktion ausgestattet werden, was dem Beschichtungsprozess von Filmmaterialien mit hoher Viskosität zugutekommt. Geschwindigkeitsbereich: 500-6000 U/min, die maximale Größe der adsorbierbaren Proben beträgt φ200 mm.
Der Vakuum-Spincoater VTC-200PV kann zur Herstellung von Beschichtungsfilmen aus stark sauren und stark alkalischen Beschichtungslösungen verwendet werden. Dieses Gerät kann seine Kammer evakuieren, sodass die Probe in einem vollständigen Vakuumzustand beschichtet werden kann, was für Materialien geeignet ist, die an der Luft leicht oxidieren und zerfallen. Das Gerät kann 12 Programmgruppen speichern, wobei jede Programmgruppe 6 Betriebsstufen enthält. Der Einstellbereich der Geschwindigkeitssteigerungs- und -verringerungsrate jeder Stufe: 100 - 2000 U/min/s und der Zeitbereich jeder Stufe: 0-60 s. Die Rotationsgeschwindigkeit des Geräts unterscheidet sich in verschiedenen Betriebsstufen und wird langsam bis zur Grenzgeschwindigkeit erhöht, was der Gleichmäßigkeit des Films auf der Probenoberfläche förderlich ist und Beschichtungsmaterial spart. Geschwindigkeitsbereich: 500-6000 U/min, die maximale Größe der Proben, die adsorbiert werden können, beträgt φ200 mm.
Auch entsprechende Spincoater können individuell nach Kundenwunsch gefertigt werden.
Quellen:
[1] Shi Donglu, Zhou Wuzong, Liang Weiyao, Chefredakteur, Angewandte Forschung zur Hochtemperatur-Supraleitung, Shanghai Science and Technology Press, 2008.10, S. 266