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Spin Coating für die Dünnschichtabscheidung

1958
Labortechniker, der in einem Reinraum das Spin-Coating für die Abscheidung dünner Schichten durchführt.

Spin Beschichtung ist ein Verfahren zum Aufbringen gleichmäßiger dünner Schichten auf flache Substrate. Ein Überschuss einer Beschichtungslösung wird auf das Substrat gegeben, das dann mit hoher Geschwindigkeit gedreht wird. Durch die Zentrifugalkraft wird die Lösung verteilt, und durch Verdampfen oder Aushärten des Lösungsmittels verfestigt sich der Film, wobei die endgültige Dicke durch Viskosität, Konzentration und Schleudergeschwindigkeit.

Das Spin-Coating-Verfahren gliedert sich in vier Hauptphasen: Abscheidung, Aufschleudern, Abschleudern und Verdampfung. In der Abscheidungsphase wird ein Überschuss der Beschichtungsflüssigkeit auf die Oberfläche des Substrats aufgetragen. In der Hochschleuderphase wird das Substrat schnell auf die gewünschte Enddrehzahl beschleunigt, wodurch die Flüssigkeit aufgrund der Zentrifugalkraft radial nach außen fließt. Es folgt die Abschleuderphase, in der die überschüssige Flüssigkeit vom Rand des Substrats ausgestoßen wird und der Film dünner wird. Der letzte Schritt ist die Verdampfung, bei der das Lösungsmittel aus dem Film verdampft und die feste Beschichtung zurückbleibt. Die Dicke des entstehenden Films ist in hohem Maße von mehreren Parametern abhängig. Die wichtigste Beziehung wurde von Emslie, Bonner und Peck modelliert, die zeigten, dass die endgültige Filmdicke [latex]h_f[/latex] proportional zur inversen Quadratwurzel aus der Winkelgeschwindigkeit [latex]\omega[/latex], der anfänglichen Lösungskonzentration und der Verdampfungsrate des Lösungsmittels ist und auch eine Funktion der Flüssigkeitsviskosität [latex]\nu[/latex] darstellt. Die Formel wird oft vereinfacht als [latex]h_f \propto \omega^{-1/2}[/latex]. Diese Technik wird wegen ihrer Einfachheit, Schnelligkeit und der Möglichkeit, im Labormaßstab sehr gleichmäßige Schichten mit Dicken von einigen Nanometern bis zu mehreren Mikrometern herzustellen, bevorzugt. Allerdings handelt es sich dabei um ein Chargenverfahren, bei dem ein erheblicher Teil der Ausgangslösung vom Substrat abgeschleudert wird.

UNESCO Nomenclature: 3322
- Technologie der Materialien

Typ

Physikalischer Prozess

Unterbrechung

Inkremental

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Entdeckung der Zentrifugalkraft durch Christiaan Huygens
  • Entwicklung der Elektromotor
  • Synthese löslicher Polymere und Fotolacke
  • Verständnis der Fluiddynamik und der Prinzipien der Lösungsmittelverdampfung

Anwendungen

  • Herstellung von Mikroelektronik und Halbleiterbauelementen
  • Herstellung optischer Beschichtungen wie Antireflexschichten
  • Herstellung organischer Leuchtdioden (OLEDs)
  • Produktion von Compact Discs (CDs) und Digital Versatile Discs (DVDs)
  • Forschung und Entwicklung neuartiger Materialien und Sensoren

Patente:

NA

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Verwandte Themen: Schleuderbeschichtung, Dünnschicht, Abscheidung, Substrat, Zentrifugalkraft, Halbleiter, Fotolithografie, Polymerlösung, gleichmäßige Beschichtung, Materialwissenschaft.

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