光罩：碼盤圖形的“底片”

碼盤上的每一條刻線，都是從光罩上複製下來的。光罩怎樣做出來，它的精度和缺陷怎樣傳給每一片碼盤，為什麼要分母版和工作版，怎樣延長光罩壽命，本文一一說明。

一款碼盤量產時，可能要做成千上萬片，但它們的刻線其實都出自同一個源頭：光罩。光罩就像照相的底片，底片上有什麼，洗出來的照片上就有什麼，好的和壞的都一樣。

光罩是什麼

光罩是一塊平整的玻璃板，表面用鉻做出圖形，結構和玻璃碼盤本身很像。用於碼盤這種 1:1 複製的場合，光罩上的圖形和碼盤一樣大，一塊板上常常排著多個碼盤圖形，一次曝光就能做出多片。

基板材料常見的有鈉鈣玻璃和石英玻璃。石英的線膨脹係數約 0.5 × 10⁻⁶/K，鈉鈣玻璃約 9 × 10⁻⁶/K。溫度變化 1 K、半徑 20 mm 處，鈉鈣玻璃光罩的尺寸變化約 0.18 μm，石英只有約 0.01 μm。整體按比例脹縮不會改變刻線的角度位置，固定半徑處的節距也不變，但碼道半徑會跟著變，印到碼盤上就是碼道偏離設計半徑；光罩溫度不均勻時，各處脹縮不一致，還會直接帶來角度誤差。所以精度要求高的場合常用石英光罩，並控制曝光時的溫度。

光罩是怎樣做出來的

最初的那一塊光罩沒有“底片”可以複製，只能按設計資料直接“畫”出來。常見的方式是用雷射或電子束直寫：裝置按資料逐點、逐行掃描，在塗了膠的鉻板上曝光，再經過顯影、蝕刻、去膠，得到鉻圖形。針對圓形圖形，也有讓基板在精密轉檯上旋轉、按極座標逐線寫入的方式，刻線的角度精度取決於轉檯和測角系統。

做好的光罩要逐項檢測：線寬、刻線位置、圖形與對心圈的同心度，以及缺陷。多餘的鉻點和缺失的鉻可以用專門的裝置修補，修補後再檢查。

光罩的誤差會怎樣傳給碼盤

微影是“影印”，光罩上的問題會原樣出現在每一片碼盤上（見圖2）：

• 刻線位置誤差 → 碼盤的刻劃誤差，每一片都一樣。
• 線寬偏差 → 佔空比偏差。
• 刻線圈和對心圈不同心 → 碼盤按對心圈裝配後仍然偏心。
• 缺陷和顆粒 → 每一片同一位置都出現缺陷，見圖1。

這既是優點也是要求。優點是一致性：同一塊光罩做出的碼盤，誤差規律幾乎一樣。要求是光罩本身的精度要明顯高於碼盤的要求，因為後面的曝光、蝕刻只會再疊加誤差，不會把它變好。

母版、工作版和光罩壽命

接觸式曝光時，光罩每用一次都要和膠面貼合，難免沾上膠、顆粒，甚至被劃傷。如果直接拿直寫出來的光罩去量產，一旦損壞就要重新制版。

常見的做法是分兩級：直寫出來的作為母版，檢測合格後妥善儲存，只用來複制；從母版複製出若干工作版，日常生產用工作版，用舊了再從母版複製。

光罩的維護可以歸納為一張清單：

1. 按規定次數或週期清洗，去掉膠跡和顆粒；
2. 定期在燈箱或顯微鏡下檢查缺陷和劃傷；
3. 存放在專用的潔淨盒裡，避免疊放和手觸；
4. 新缺陷超出允許範圍時，停用並更換工作版。

光罩的壽命不按時間算，主要看使用次數和檢查結果。

小結

光罩是碼盤圖形的源頭：它的精度決定了碼盤精度的上限，它的缺陷會在每一片上重複出現。用低膨脹的基材、嚴格的製版檢測、母版和工作版分級使用、定期清洗檢查，是讓一批批碼盤穩定一致的基礎。

延伸閱讀：ENC7 編碼器碼盤生產廠家（中文首頁） · 碼盤技術文庫

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