曝光：把图形“印”到码盘上

曝光是光刻的核心一步：紫外光透过掩模，把码盘图形“印”到光刻胶上。本文讲接触式和接近式曝光的区别，曝光量为什么要刚刚好，间隙和波长怎样限制能印出的最细线，以及对准要对什么。

老式照相馆洗照片，是把底片压在相纸上，开灯照一下，底片上的图像就“印”到了相纸上。码盘的曝光原理几乎一样：底片换成掩模，相纸换成涂了光刻胶的铬膜玻璃，灯换成紫外光。不同的是，这里要印的线可能只有几微米宽。

曝光需要三样东西

• 掩模：透明玻璃上用铬做出码盘图形，相当于“底片”。码盘这类 1:1 复制的图形，掩模和码盘一样大。
• 紫外光：常用汞灯的紫外谱线，例如 365 nm 的 i 线，也有用紫外 LED 的。光要尽量准直、照度均匀。
• 光刻胶：只对紫外和短波长的光敏感，所以光刻间用黄光照明。

常用的正性胶被照过的地方会溶于显影液。掩模上不透光的铬挡住的地方，胶留下来，下面的铬也就保留成为刻线。所以用正性胶时，掩模上的黑白和码盘上的黑白是一致的。

接触式和接近式

见图1。接触式是把掩模直接压在胶面上，光从开口直下，几乎不扩散，边缘清楚。代价是掩模反复和胶接触，容易磨损、沾胶、粘颗粒，一个颗粒就可能在后面每一片上都印出缺陷。

接近式是在掩模和胶之间留一个很小的间隙 g，掩模不碰胶，寿命长、缺陷少。但光穿过开口后会衍射，边缘变得模糊，一部分光还会“漏”到铬线下面，图1 右侧的剂量曲线就不再是陡峭的方形。

曝光量：剂量要刚刚好

曝光剂量 = 照度 × 时间。胶面某一点累计的剂量超过一个阈值，那一点的胶显影时才会溶开。

• 剂量不足：开口没完全打开，或者底部留一层残胶，蚀刻后留下残铬，透光缝变窄。
• 剂量过量：边缘漏过去的光也累积到阈值以上，开口变宽，铬线变细。

图1 右侧按一个简化的衍射模型示意了这件事：同样的掩模开口，剂量不足时胶上开口只有掩模开口的约 79%，合适时两者基本一样宽，过量时达到约 119%。接触式的边缘陡，同样的剂量变化引起的线宽变化小得多。

灯的照度会随使用时间下降，所以要定期用照度计测量，再调整时间。照度降低 10%，曝光时间要延长约 11%（1 ÷ 0.9 ≈ 1.11），剂量才不变。

分辨率受什么限制

接近式曝光能印清的最细线，可以粗略估算为 √(λ × g)。取 λ = 0.365 μm：

对照占空比 1:1 的码盘：半径 20 mm、2500 线时线宽约 25 μm，间隙宽松得多；半径 5 mm、10000 线时线宽只有约 1.6 μm，间隙要小到几微米，基本只能贴着曝光（见图2）。

此外，光不够准直也会让边缘发虚：光线偏 1°，穿过 30 μm 的间隙后横向偏出约 0.5 μm。接触式虽然没有间隙，也会受胶厚、掩模和基板是否贴得均匀的影响。

对准：图形要放在哪里

码盘图形通常只有一层，对准主要是让图形落在基板上正确的位置，并且和掩模上的对心圈、标记一起，为后面的切割和装配提供基准。双面或多层图形则要用显微镜把掩模标记和基板标记对齐。掩模和基板还要平行，间隙各处一致，否则一片之内线宽就会不一样。

小结

曝光把掩模上的图形复制到胶上。接触式清楚但伤掩模，接近式护掩模但会模糊；剂量决定开口宽窄，间隙和波长决定能印多细。线越细的码盘，对曝光的要求越苛刻。

延伸阅读：ENC7 编码器码盘生产厂家（中文主页） · 码盘技术文库

关于我们：晶正光电专注编码器码盘研发制造，玻璃、金属、PC 码盘均可按图定制。

官网：https://enc7.com

© 廊坊晶正光电技术有限公司 版权所有，未经书面许可不得转载、摘编。本文借助 AI 辅助创作。