Expozice: jak se obrazec „otiskne“ na kódový kotouč

Expozice je klíčovým krokem fotolitografie: ultrafialové světlo projde fotomaskou a „otiskne“ obrazec kotouče do fotorezistu. Článek vysvětluje rozdíl mezi kontaktní a proximitní expozicí, proč musí být dávka přesně akorát, jak mezera a vlnová délka omezují nejjemnější tisknutelnou rysku a k čemu se při soutisku vyrovnává.

Ve staromódním fotoateliéru se fotografie zhotovovaly tak, že se negativ přitiskl na fotopapír a na chvíli se rozsvítilo světlo – obraz z negativu se „otiskl“ na papír. Expozice kódového kotouče funguje téměř stejně: z negativu se stane fotomaska, z fotopapíru pochromované sklo s fotorezistem a ze světla ultrafialové záření. Rozdíl je v tom, že rysky, které se tu tisknou, mohou být široké jen několik mikrometrů.

K expozici jsou potřeba tři věci

• Fotomaska: obrazec kotouče vytvořený chromem na čirém skle, obdoba „negativu“. U obrazců kopírovaných 1:1, jako jsou kódové kotouče, je maska stejně velká jako kotouč.
• Ultrafialové světlo: obvykle UV čáry rtuťové výbojky, například čára i při 365 nm; používají se i UV LED. Světlo má být co nejvíce kolimované a s rovnoměrným ozářením.
• Fotorezist: citlivý jen na ultrafialové a krátkovlnné světlo, proto se litografická místnost osvětluje žlutým světlem.

U běžného pozitivního rezistu se osvícená místa stanou rozpustnými ve vývojce. Tam, kde neprůsvitný chrom masky světlo zastíní, rezist zůstane a chrom pod ním se zachová jako ryska. S pozitivním rezistem tedy černá a bílá na masce odpovídají černé a bílé na kotouči.

Kontaktní a proximitní

Viz obrázek 1. Při kontaktní expozici se maska přitiskne přímo na povrch rezistu; světlo prochází otvory přímo dolů, téměř se nerozbíhá a hrany jsou ostré. Daní je, že se maska opakovaně dotýká rezistu, snadno se opotřebuje, ulpívá na ní rezist a sbírá částice – jediná částice může otisknout vadu na každou další desku.

Při proximitní expozici zůstává mezi maskou a rezistem malá mezera g; maska se rezistu nedotýká, vydrží déle a vad je méně. Světlo se však za otvorem ohýbá, hrany se rozmazávají a část světla „proteče“ pod chromové rysky – dávková křivka vpravo na obrázku 1 už není strmý obdélník.

Expoziční dávka: musí být přesně akorát

Expoziční dávka = ozáření × čas. Jen tam, kde dávka nasčítaná v bodě povrchu rezistu překročí práh, se rezist v tomto bodě při vyvolání rozpustí.

• Nedostatečná dávka: otvor se úplně neotevře nebo na dně zůstane tenká vrstva zbytkového rezistu; po leptání zůstane zbytkový chrom a průsvitná štěrbina se zúží.
• Nadměrná dávka: i světlo proteklé u hran se nasčítá nad práh, otvor se rozšíří a chromová ryska ztenčí.

Pravá strana obrázku 1 to ukazuje na zjednodušeném difrakčním modelu: při stejném otvoru masky má otvor v rezistu při nedostatečné dávce jen asi 79 % šířky otvoru masky, při správné dávce je prakticky stejně široký a při nadměrné dávce dosáhne asi 119 %. U kontaktní expozice jsou hrany strmé, takže stejná změna dávky vyvolá mnohem menší změnu šířky rysky.

Ozáření výbojky s dobou provozu klesá, proto je třeba je pravidelně měřit radiometrem a čas upravovat. Klesne-li ozáření o 10 %, musí se expoziční čas prodloužit asi o 11 % (1 ÷ 0,9 ≈ 1,11), aby se dávka nezměnila.

Co omezuje rozlišení

Nejjemnější rysku, kterou proximitní expozice čistě otiskne, lze zhruba odhadnout jako √(λ × g). Pro λ = 0,365 μm:

Pro srovnání kotouče se střídou 1:1: při poloměru 20 mm a 2500 ryskách je šířka rysky asi 25 μm, mezera může být mnohem volnější; při poloměru 5 mm a 10000 ryskách je šířka rysky jen asi 1,6 μm, mezera musí klesnout na několik mikrometrů a prakticky zbývá jen kontaktní expozice (viz obrázek 2).

Kromě toho rozmazává hrany i nedostatečně kolimované světlo: paprsek odkloněný o 1° se po průchodu mezerou 30 μm posune bočně asi o 0,5 μm. Kontaktní expozice sice mezeru nemá, ale ovlivňuje ji tloušťka rezistu a to, zda maska a substrát doléhají rovnoměrně.

Soutisk: kam obrazec patří

Obrazec kódového kotouče má obvykle jen jednu vrstvu; soutisk tedy hlavně zajišťuje, aby obrazec ležel na správném místě substrátu, a spolu se středicím kroužkem a značkami na masce poskytuje základnu pro pozdější řezání a montáž. U oboustranných nebo vícevrstvých obrazců se značky masky a substrátu vyrovnávají pod mikroskopem. Maska a substrát musí být navíc rovnoběžné a mezera všude stejná, jinak se šířka rysky v rámci jedné desky liší.

Shrnutí

Expozice kopíruje obrazec masky do rezistu. Kontaktní expozice je ostrá, ale poškozuje masku; proximitní masku šetří, ale rozmazává. Dávka určuje šířku otvorů, mezera a vlnová délka určují, jak jemně lze tisknout. Čím jemnější rysky kotouč má, tím náročnější jsou požadavky na expozici.

Překlad čínského originálu (0024). ENC7 – výrobce kódových kotoučů (poptávka) · Odborné články · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Všechna práva vyhrazena. Článek vznikl s pomocí AI.