Entwicklung und Ätzen: Wie die Striche auf die Scheibe „wachsen“

Nach der Belichtung ist das Muster noch nur ein schwer erkennbares „latentes Bild“ im Fotolack. Die Entwicklung macht daraus ein Lackmuster, das Ätzen ein Chrommuster, und erst nach dem Strippen treten die Striche wirklich hervor. Der Artikel erklärt diese drei Schritte und zeigt insbesondere, wie Unterätzung, Unterätzen und Überätzen die Strichbreite beeinflussen.

Nimmt man die Substratplatte nach der Belichtung heraus, ist auf der Lackfläche kaum ein Muster zu sehen. Belichteter und unbelichteter Lack unterscheiden sich chemisch – das ist das „latente Bild“. Danach folgen drei Schritte hintereinander: Entwickeln, Ätzen und Strippen, bevor man sagen kann, die Striche seien wirklich „gewachsen“.

Abb. 1 – Schnittanimation: der Entwickler löst den belichteten Lack; das Ätzmittel löst Chrom an den Öffnungen und unterätzt zugleich seitlich unter dem Lack; nach dem Strippen bleibt ein Chromstrich etwas schmaler als der Lackstrich

Entwicklung: aus dem latenten Bild wird ein Lackmuster

Beim üblichen Positivlack lösen sich belichtete Stellen im alkalischen Entwickler schnell, unbelichtete sehr langsam. Nach einer Zeit des Tauchens oder Sprühens ist der Lack in den belichteten Bereichen weg, das Chrom darunter liegt frei, und Spülen mit Wasser stoppt die Entwicklung – siehe den ersten Schritt in Abb. 1.

Bei der Entwicklung sind Zeit, Temperatur und Konzentration zu führen:

Unterentwicklung: Am Boden der Öffnung bleibt eine dünne Lackschicht; das Chrom darunter lässt sich nicht ätzen und hinterlässt Chromrückstand.
Überentwicklung: Auch etwas unbelichteter Lack wird gelöst, die Lackstrichkante weicht zurück, die Öffnung wird breiter.

Nach der Entwicklung wird die Platte in der Regel einmal geprüft. Fehler, die man jetzt findet, lassen sich noch durch Strippen, erneutes Lackieren und Belichten beheben; ist das Chrom einmal geätzt, gibt es keinen Weg zurück. Viele Prozesse backen vor dem Ätzen noch einmal, damit der Lack ätzfester wird.

Ätzen: das freiliegende Chrom lösen

Zum Nassätzen von Chrom dient üblicherweise ein Ätzmittel auf Basis von Ammoniumcer(IV)-nitrat. Es löst Chrom, greift Glas nicht an und den Lack kaum. Wenn das Chrom im Spalt vollständig gelöst ist, wird der lichtdurchlässige Bereich von dunkel zu klar – daran lässt sich der Endpunkt erkennen.

Nassätzen hat eine unvermeidliche Eigenschaft: es ist isotrop – so viel nach unten wie zur Seite. Das Chrom wird nach und nach unter den Lack hinein gelöst; das heißt Unterätzung (siehe den zweiten Schritt in Abb. 1).

Unterätzung und Strichbreitenkontrolle

Nach dem Strippen gilt näherungsweise:

Chrom-Strichbreite ≈ Lack-Strichbreite − 2 × Unterätzung

Die Chromschicht ist nur etwa 0,1 μm dick, und die Unterätzung liegt in derselben Größenordnung. Damit jede Öffnung sauber ausgeätzt wird, wird in der Praxis etwas überätzt, was die Unterätzung weiter erhöht. Bei 0,15 μm Unterätzung je Seite ist der Chromstrich etwa 0,3 μm schmaler als der Lackstrich:

Ausgelegte Strichbreite	0,3 μm Verschmälerung als Anteil der Strichbreite
25 μm (Radius 20 mm, 2500 Striche)	etwa 1,2%
3,1 μm (Radius 10 mm, 10000 Striche)	etwa 10%

Dieselbe Unterätzung fällt bei groben Strichen kaum auf, bei feinen stark. Übliche Gegenmaßnahmen: die Striche auf der Maske etwas breiter vorzeichnen als Kompensation; Chromdicke und Ätzzeit stabil halten; bei noch feineren Mustern kann Plasma-Trockenätzen die Unterätzung verringern.

Unterätzen und Überätzen

Siehe Abb. 2.

Unterätzen: Im Spalt bleibt eine dünne Chromschicht; der lichtdurchlässige Spalt wird enger oder gar zu, die Signalamplitude sinkt, das Tastverhältnis driftet.
Überätzen: Die Unterätzung ist zu groß, Chromstriche werden dünner und die Kanten rau; im Extremfall werden feine Striche von unten ausgehöhlt und unterbrochen (Strichunterbrechung).

Die Ätzrate hängt von Temperatur, Konzentration, Bewegung und der Anzahl der Badnutzungen ab; deshalb muss die Badlage überwacht und die Zeit anhand der Strichbreite des ersten Stücks korrigiert werden. Ungleichmäßige Chromdicke über die Platte kann in einem Bereich Unterätzen und in einem anderen Überätzen bewirken.

Abb. 2 – Schnitt und Aufsicht nach dem Strippen bei Unterätzen, passendem Ätzen und Überätzen; gestrichelte Linie = ursprüngliche Lackstrichkante

Strippen: die Chromstriche vollständig freilegen

Nach dem Ätzen wird der restliche Lack mit Stripper oder Sauerstoffplasma entfernt. Restlack hält Partikel fest, stört spätere Reinigung und Klebung und kann die lokale Transmission ungleich machen. Nach dem Strippen hat das Substrat vollständige Chromstriche und kann auf Strichbreite und Defekte geprüft werden.

Kurzfassung

Die Entwicklung macht aus dem latenten Bild ein Lackmuster, das Ätzen aus dem Lackmuster ein Chrommuster, das Strippen legt die Chromstriche frei. Die Unterätzung beim Nassätzen macht den Chromstrich etwas schmaler als den Lackstrich – je feiner der Strich, desto größer der Einfluss. Entwicklung und Ätzen müssen „genau passen“: zu wenig hinterlässt Chromrückstand, zu viel verdünnt die Striche oder unterbricht sie.

Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0025). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com