コード板の製造工程
露光：パターンをコード板に「焼き付ける」
露光はフォトリソグラフィの中核工程で、紫外光がフォトマスクを通り、コード板のパターンをフォトレジストに「焼き付ける」。本記事では密着露光と近接露光の違い、露光量がなぜちょうどよくなければならないか、ギャップと波長が焼き付けられる最細線をどう制限するか、そしてアライメントで何を合わせるのかを説明する。
昔ながらの写真館では、ネガを印画紙に押し当て、ランプを一瞬点けて焼き付けた。ネガの像が印画紙に「焼き付く」わけだ。コード板の露光も原理はほとんど同じで、ネガがフォトマスクに、印画紙がフォトレジストを塗ったクロム膜付きガラスに、ランプが紫外光に替わる。違うのは、ここで焼き付ける線がわずか数マイクロメートル幅のこともある点だ。
露光に必要な三つのもの
- フォトマスク：透明ガラス上にクロムでコード板パターンを形成したもので、「ネガ」に相当する。コード板のような 1:1 複製のパターンでは、マスクはコード板と同じ大きさである。
- 紫外光：一般に水銀ランプの紫外線スペクトル、例えば 365 nm の i 線を使い、紫外 LED を使う場合もある。光はできるだけ平行で、照度が均一であることが望ましい。
- フォトレジスト：紫外光と短波長の光にしか感光しないので、リソグラフィ室は黄色灯で照明する。
一般的なポジ型レジストは、光が当たった部分が現像液に溶ける。マスク上の遮光クロムが光を遮った部分はレジストが残り、その下のクロムも目盛線として残る。したがってポジ型レジストでは、マスク上の白黒とコード板上の白黒は一致する。
密着露光と近接露光
図1参照。密着露光はマスクをレジスト面に直接押し当てる方式で、光は開口からまっすぐ下り、ほとんど広がらず、エッジが鮮明である。代償として、マスクがレジストと繰り返し接触するため摩耗しやすく、レジストやパーティクルが付きやすい。パーティクル一つで、以後のすべての基板に欠陥が焼き付くこともある。
近接露光はマスクとレジストの間にわずかなギャップ g を設ける方式で、マスクがレジストに触れないので寿命が長く、欠陥も少ない。しかし光は開口を通った後に回折し、エッジがぼけ、一部の光はクロム線の下に「漏れ込む」。図1右側の露光量曲線は、もはや急峻な矩形ではなくなる。
露光量：ちょうどよくなければならない
露光量 ＝ 照度 × 時間。レジスト表面のある点の積算露光量がしきい値を超えて初めて、その点のレジストは現像で溶ける。
- 露光不足：開口が完全に開かない、あるいは底に薄い残渣が残る。エッチング後にクロム残りとなり、透光スリットが狭くなる。
- 露光過多：エッジから漏れた光もしきい値以上に積算され、開口が広がり、クロム線が細くなる。
図1右側は簡略化した回折モデルでこれを示している。同じマスク開口に対し、露光不足ではレジスト上の開口はマスク開口の約 79% しかなく、適正では両者はほぼ同じ幅、過多では約 119% に達する。密着露光はエッジが急峻なので、同じ露光量変化による線幅変化ははるかに小さい。
ランプの照度は使用時間とともに低下するので、照度計で定期的に測定し、時間を調整する必要がある。照度が 10% 下がったら、露光時間を約 11%（1 ÷ 0.9 ≈ 1.11）延ばして初めて露光量が変わらない。
解像度を制限するもの
近接露光で鮮明に焼き付けられる最細線は、おおよそ √(λ × g) と見積もれる。λ = 0.365 μm とすると：
| ギャップ g | 推定解像線幅 |
|---|---|
| 10 μm | 約 1.9 μm |
| 50 μm | 約 4.3 μm |
| 100 μm | 約 6.0 μm |
デューティ比 1:1 のコード板と比べると、半径 20 mm、2500 本では線幅は約 25 μm で、ギャップにはかなり余裕がある。半径 5 mm、10000 本では線幅はわずか約 1.6 μm となり、ギャップは数マイクロメートルまで小さくする必要があり、事実上密着露光しかない（図2参照）。
さらに、光の平行度が不十分でもエッジがぼやける。光線が 1° 傾くと、30 μm のギャップを通過した後に横方向へ約 0.5 μm ずれる。密着露光はギャップこそないが、レジスト厚や、マスクと基板が均一に密着しているかの影響を受ける。
アライメント：パターンをどこに置くか
コード板のパターンは通常一層だけなので、アライメントは主にパターンを基板上の正しい位置に置くためのもので、マスク上の芯出しリングやマークとともに、その後の切断と組立の基準となる。両面や多層のパターンでは、顕微鏡でマスクのマークと基板のマークを合わせる。マスクと基板は平行で、ギャップがどこでも一定でなければならない。そうでないと一枚の中で線幅がばらつく。
まとめ
露光はマスク上のパターンをレジストに複製する。密着露光は鮮明だがマスクを傷め、近接露光はマスクを守るがぼける。露光量が開口の幅を決め、ギャップと波長がどこまで細く焼けるかを決める。線が細いコード板ほど、露光への要求は厳しくなる。
中国語原文記事の翻訳 (0024). ENC7 コード板メーカー（お問い合わせ） · 技術記事 · https://enc7.com
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