Pozlama: deseni enkoder diskine “basmak”

Pozlama fotolitografinin ana adımıdır: ultraviyole ışık fotomaskeden geçerek disk desenini fotorezistin üzerine “basar”. Bu makale temaslı ve yakınlık pozlaması arasındaki farkı, pozlama dozunun neden tam yerinde olması gerektiğini, aralık ve dalga boyunun basılabilecek en ince çizgiyi nasıl sınırladığını ve hizalamanın neye göre yapıldığını anlatıyor.

Eski tip fotoğraf stüdyolarında baskı, negatif fotoğraf kâğıdına bastırılıp lamba kısa süre yakılarak yapılırdı; negatifteki görüntü kâğıda “basılırdı”. Enkoder diskinin pozlanması da neredeyse aynı ilkeyle çalışır: negatifin yerini fotomaske, fotoğraf kâğıdının yerini fotorezist sürülmüş krom kaplı cam, lambanın yerini ultraviyole ışık alır. Fark şu ki burada basılacak çizgiler yalnızca birkaç mikrometre genişliğinde olabilir.

Şekil 1 – Solda maske rezistin üzerine bastırılmış, sağda g aralığı bırakılmış; pozlama dozu arttıkça rezist yüzeyindeki birikmiş dozun çözünme eşiğini aştığı bölge, banyoda çözünecek açıklıktır

Pozlama için üç şey gerekir

Fotomaske: şeffaf cam üzerinde kromla oluşturulmuş disk deseni; “negatif”e karşılık gelir. Enkoder diskleri gibi 1:1 kopyalanan desenlerde maske diskle aynı büyüklüktedir.
Ultraviyole ışık: genellikle cıva lambasının UV çizgileri, örneğin 365 nm’lik i çizgisi kullanılır; UV LED de kullanılır. Işık mümkün olduğunca paralel (kolime) ve ışınım şiddeti düzgün olmalıdır.
Fotorezist: yalnızca ultraviyole ve kısa dalga boylu ışığa duyarlıdır; bu yüzden litografi odası sarı ışıkla aydınlatılır.

Yaygın kullanılan pozitif rezistte ışık alan bölgeler banyo çözeltisinde çözünür hale gelir. Maskedeki ışık geçirmeyen kromun ışığı engellediği yerlerde rezist kalır, altındaki krom da çizgi olarak korunur. Dolayısıyla pozitif rezistle maskedeki siyah-beyaz ile diskteki siyah-beyaz aynıdır.

Temaslı ve yakınlık

Bkz. Şekil 1. Temaslı pozlamada maske doğrudan rezist yüzeyine bastırılır; ışık açıklıklardan dosdoğru iner, neredeyse hiç yayılmaz ve kenarlar keskindir. Bedeli, maskenin rezistle tekrar tekrar temas etmesidir: kolay aşınır, rezist bulaşır, partikül toplar; tek bir partikül sonraki her plakada kusur basabilir.

Yakınlık pozlamasında maske ile rezist arasında küçük bir g aralığı bırakılır; maske rezisti ellemez, ömrü uzun, kusurları azdır. Ancak ışık açıklıktan geçtikten sonra kırınıma uğrar, kenarlar bulanıklaşır ve ışığın bir kısmı krom çizgilerin altına “sızar”; Şekil 1’in sağındaki doz eğrisi artık dik bir dikdörtgen değildir.

Pozlama dozu: tam yerinde olmalı

Pozlama dozu = ışınım şiddeti × süre. Rezist yüzeyindeki bir noktada biriken doz bir eşiği aştığında ancak o noktadaki rezist banyoda çözünür.

Yetersiz doz: açıklık tam açılmaz ya da tabanda ince bir rezist kalıntısı kalır; aşındırmadan sonra artık krom kalır ve ışık geçiren yarık daralır.
Aşırı doz: kenarlardan sızan ışık da eşiğin üzerinde birikir, açıklık genişler ve krom çizgi incelir.

Şekil 1’in sağ tarafı bunu basitleştirilmiş bir kırınım modeliyle gösterir: aynı maske açıklığı için yetersiz dozda rezistteki açıklık maske açıklığının yalnızca yaklaşık %79’u, doğru dozda ikisi hemen hemen aynı genişlikte, aşırı dozda ise yaklaşık %119’dur. Temaslı pozlamada kenarlar dik olduğundan aynı doz değişimi çok daha küçük bir çizgi genişliği değişimine yol açar.

Lambanın ışınım şiddeti kullanım süresiyle düşer; bu yüzden düzenli olarak ışınım ölçerle ölçülüp süre ayarlanmalıdır. Işınım şiddeti %10 düşerse, dozun değişmemesi için pozlama süresi yaklaşık %11 (1 ÷ 0,9 ≈ 1,11) uzatılmalıdır.

Çözünürlüğü ne sınırlar

Yakınlık pozlamasının net basabildiği en ince çizgi kabaca √(λ × g) olarak tahmin edilebilir. λ = 0,365 μm alınırsa:

Aralık g	Tahmini çözülebilir çizgi genişliği
10 μm	yaklaşık 1,9 μm
50 μm	yaklaşık 4,3 μm
100 μm	yaklaşık 6,0 μm

Görev döngüsü 1:1 olan disklerle karşılaştırın: 20 mm yarıçap ve 2500 çizgide çizgi genişliği yaklaşık 25 μm’dir, aralık çok daha rahat olabilir; 5 mm yarıçap ve 10000 çizgide çizgi genişliği yalnızca yaklaşık 1,6 μm’dir, aralık birkaç mikrometreye inmelidir ve pratikte yalnızca temaslı pozlama mümkündür (bkz. Şekil 2).

Şekil 2 – √(λg) ile yakınlık pozlamasının çözülebilir çizgi genişliğinin kaba tahmini: çizgi ne kadar inceyse izin verilen aralık o kadar küçüktür

Ayrıca ışığın yeterince paralel olmaması da kenarları bulanıklaştırır: 1° sapan bir ışın 30 μm’lik aralığı geçtikten sonra yanal olarak yaklaşık 0,5 μm kayar. Temaslı pozlamada aralık olmasa da rezist kalınlığı ile maske ve alt tabakanın düzgün temas edip etmediği etkili olur.

Hizalama: desen nereye konacak

Disk deseni genellikle tek katmandır; hizalama esas olarak desenin alt tabakada doğru konuma düşmesini sağlar ve maskedeki merkezleme halkası ve işaretlerle birlikte sonraki kesim ve montaj için referans oluşturur. Çift yüzlü veya çok katmanlı desenlerde maske işaretleri ile alt tabaka işaretleri mikroskop altında hizalanır. Maske ile alt tabaka ayrıca paralel olmalı, aralık her yerde aynı olmalıdır; aksi halde tek bir plaka içinde çizgi genişliği değişir.

Özet

Pozlama maskedeki deseni rezistin üzerine kopyalar. Temaslı pozlama nettir ama maskeye zarar verir; yakınlık maskeyi korur ama bulanıklaştırır. Doz açıklıkların genişliğini, aralık ve dalga boyu ne kadar ince basılabileceğini belirler. Çizgileri ne kadar ince olan bir disk, pozlamaya o kadar sıkı gereksinimler getirir.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0024). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com