Фотошаблоны

В качестве инструмента для конфигурирования слоев чаще всего применяются фотошаблоны (ФШ). ФШ состоит из прозрачной подложки (стекло или полимер), на поверхности которой выполнен рисунок в виде сочетания участков, прозрачных и непрозрачных для света определенной длины волны. Рисунок может быть выполнен в слое фотографической эмульсии (эмульсионные ФШ), а также путем конфигурирования пленочного покрытия из металла (металлические ФШ) или другого материала, например, окиси железа (цветные ФШ) и другими способами.

Эмульсионные ФШ представляют собой позитивный (изображение элементов непрозрачное) или негативный (изображение элементов прозрачное) рисунок, выполненный на черно-белых фотопленках или фотопластинках. ФШ получают формированием в светочувствительном (фотоэмульсионном) слое скрытого изображения с последующей химико-фотографической его обработкой – проявление и т.д. Скрытое изображение получают фотографированием оригиналов, выполненных в увеличенном масштабе (рис. 4.2), вычерчиванием световым лучом (с впечатыванием отдельных изображений), а также сканированием лазерным лучом.

Рис. 4.2. Последовательность изготовления ФШ: 1 – оригинал, выполненный в увеличенном масштабе; 2,3,4 – промежуточные ФШ; 5 – рабочие ФШ

Эмульсионным ФШ присущи такие недостатки как:

- нерезкость (размытость) краев изображений, представляющая собой зону постепенного перехода от максимальной D_max к минимальной D_min

о

Рис. 4. 3. Размытость края эмульсионных ФШ: - величина размытости

птической плотности (рис. 4.3); ее появление обусловлено зернистым строением фотоэмульсии и различного рода оптическими явлениями (светорассеиванием и т.п.); нерезкость краев изображения приводит в дальнейшем к снижению точности размеров элементов печатного рисунка;

- размерная нестабильность основы фотопленок, проявляющаяся в изменении координат изображений печатных элементов после химико-фотографической обработки;

- ограниченное число контактных экспонирований, сопровождающихся вырывами частиц фотоэмульсии.

Поэтому не редки случаи, когда вместо эмульсионных используются ФШ, на стеклянную или пленочную подложку которых нанесено тонкое непрозрачное покрытие, конфигурируемое, например, лазерным лучом.

ФШ используются для экспонирования (избирательного облучения) слоев фоторезистов. При экспонировании в слоях фоторезистов протекают фотохимические реакции, в результате чего, формируется скрытое изображение. После проявления образуется рельефный рисунок – контактная маска. От обычной фотоэмульсии ФР отличается тем, что он полностью удаляется при проявлении в отдельных участках (экспонированных или неэкспонированных ультрафиолетом, в зависимости от того, позитивный он или негативный).

Фоторезисты

Фоторезисты (ФР) представляют собой органические (природные или синтезированные) соединения моно- или полимерной структуры, которые после облучения актиничным светом (т.е. светом, вызывающим активацию молекул) изменяют свою растворимость в определенных средах. Для большинства ФР актиничным является ультрафиолетовое излучение с длиной волны 300…400 нм. Все ФР подразделяются на два типа: негативные и позитивные.

В негативных ФР при облучении протекает реакция фотополимеризации, в результате чего молекулы полимера укрупняются и их химическая стойкость повышается. В отличие от необлученных участков, облученные теряют способность к растворению в определенных растворителях (проявителях). В позитивных ФР при облучении протекает реакция фотораспада, в результате чего образуются молекулы более простой структуры. Облученные участки обладают пониженной химической стойкостью и, в отличие от необлученных, лучшей растворимостью в проявителях.

Ф

а	б
Рис. 4.4. Получение КМ с использованием позитивного (а) и негативного (б) ФР: 1 – актиничное излучение; 2 – ФШ-позитив; 3 – КМ из негативного ФР; 4 – подложка; 5 - КМ из позитивного ФР

Р используются для:

- получения контактных масок (КМ), представляющих собой рельефный рисунок (рис. 4.4) на плоских поверхностях заготовок (печатных плат, подложек ИС и т.п.); основное назначение КМ – защита покрываемых участков от травителей, гальванического или горячего осаждения, анодного оксидирования, коррозии и т.д., но иногда эти функции могут быть другими, например, маркировка.

- создания рисунка на заготовках сетчатых трафаретов в виде свободных ячеек и ячеек, заполненных обработанным ФР (рис. 4.5).

а	б
Рис.4.5. Сетчатый трафарет, изготовленный с применением жидкого ФР (а) и СПФ (б)

В производстве ПС применяются жидкие (как правило, на органических растворителях) и сухие пленочные фоторезисты (СПФ). Жидкие ФР наносят на плоские поверхности (заготовки печатных плат, подложки ИС и т.д.) или на заготовки сетчатых трафаретов с малым размеров ячеек, в которых жидкий ФР держится за счет сил поверхностного натяжения (рис. 4.5, а). Жидкие ФР наносят поливом, окунанием, валковым методом или распылением (рис.4.6).

а	б	в	г
Рис. 4.6. Методы нанесения жидких ФР: а – центрифугированием; б – окунанием; в – валковый; г – распылением: 1 – дозатор для подачи резиста; 2 – подложка; 3 – столик центрифуги; 4 – емкость с ФР; 5 – валки; 6 - нагреваемая планшайба; 7 - форсунка

СПФ используются для изготовления сетчатых трафаретов (рис.4.5, б) и в производстве печатных плат. СПФ наносят на специальных установках – ламинаторах.

Экспонирование ФР (рис. 4.7) может быть контактным (с прижатием ФШ стороной, содержащей рисунок к слою ФР) и бесконтактным (проекционным или на микрозазоре). Метод контактной печати и печать на микрозазоре позволяют получать элементы КМ из ФР в несколько мкм. Разрешающая способность проекционной печати на порядок выше, но на сравнительно небольшом поле, ограничиваемом характеристиками объективов.

Рис. 4.7. Методы экспонирования ФР: а – контактный (зазор Z = 0) и на микрозазоре (Z 10 мкм); б – проекционный; 1 – источник актиничного излучения; 2 – конденсор; 3 – фильтр; 4 – ФШ; 5 – объектив; 6 – ФР; 7 – подложка

Изображение ФШ при проекционном методе может передаваться как в масштабе 1:1, так и с уменьшением.

Избирательное облучение слоев ФР может также осуществляться лучом (лазерным, электронным, ионным), управляемым по специальной программе.